计算机网络套接字编程实验 |
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1．实验系列 ·Linux NAP-Linux网络应用编程系列 2．实验目的 ·理解多进程（Multiprocess）相关基本概念，理解父子进程之间的关系与差异，熟练掌握基于fork（）的多进程编程模式； ·理解僵尸进程产生原理，能基于｜sigaction（）或signal（），使用waitpid（）规避僵尸进程产生； ·理解Linux 文件系统的组织方式，掌握文件描述符的基本概念，理解主进程 fork（）进程后，子进程对于主进程fork（）前创建的文件描述符的继承关系； ·在「TCP单进程循环服务器与单进程客户端」的基础上，进一步实践巩固：a.单进程循环服务器套接字编程基本模式； b.服务器对于客户端正常结束的识别处理；c.客户端基于命令行指令的退出实现方式； d.服务器基于SIGINT 信号的退出实现方式（僵速系统调用退出问题）； 同时，还要进一步理解并掌握TCP多进程并发服务器套接字编程模式与技能，包括：a.多进程并发服务器套接字编程核心系统调用模式： b.多进程并发服务器规避产生僵尸进程的基本模式（包括 SIGCHLD 处理等）；c.简单应用层协议及其PDU的设计、构建与解析处理； d.文件的读写应用 3．实验内容 ·编写TCP多进程循环服务器程序与单进程客户端程序，实现以下主体功能：。客户端启动连接服务器之后，进入命令行交互模式。 操作人员在命令行窗口输入一行字符并回车后，客户端进程立刻从命令行（本质即 stdin）读取数据，并将该行信息发送给服务器。 ·服务器收到该行信息后，会将该信息原封不动的返回给客户端，即所谓消息回声（Message Echo）。。客户端收到服务器返回的消息回声后，将其打印输出至屏幕（本质即 stdout）。 ·客户端在从命令行收到 EXIT 指令后退出。 ·若服务器启动时设定 Established Queue的长度，即listen（）第二个参数backlog为2，则最多可 以有2个客户编同时连上服务器并开展交互，此时，再启动另一个客户端连接服务器，观察体验是什么现象，并尝试分析现象背后的底层逻辑。 ·本实验不考核以下内容：SIGPIPE 信号处理、基于多次读取的PDU完整获取、PDU 完整设计、多进程客户端. ·本实验不涉及复杂业务，仅要求进行PDU筒单设计（增加了头部要求，但不涉及长度字段），实现简单消息回声服务，以帮助学生理解并构建多进程并发服务器程序的基本框架。 ·【重要假设】 ·当网络与主机环境均比较理想时，可以支持客户端与服务器实现对于PDU的一次性收发」，即仅通过 read（）／write（）的一次调用，即可实现PDU（本实验中即消息／消息回声）的「完整收发」. ·本实验中，数据传输量很小（将明确限定一行数据的上限），且测评时客户端与服务器进程均在同一容器内工作，故而不会出现一次收发不能处理「单—PDU」的场景。 服务器端代码： #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #define MAX_CMD_STR 100 #define bprintf(fp, format, ...) \ if(fp == NULL){printf(format, ##__VA_ARGS__);} \ else{printf(format, ##__VA_ARGS__); \ fprintf(fp, format, ##__VA_ARGS__);fflush(fp);} int sig_type = 0; FILE * fp_res = NULL;//文件指针 void sig_pipe(int signo) { // TODO 记录本次系统信号编号到sig_type中;通过getpid()获取进程ID，按照指导书上的要求打印相关信息，并设置sig_to_exit的值 } /* 业务函数，构造PDU，发送到服务器端，并接收回送 */ int echo_rqt(int sockfd, int pin) { pid_t pid = getpid(); // PDU定义：PIN LEN Data int len_h = 0, len_n = 0; int pin_h = pin, pin_n = htonl(pin); char fn_td[10] = {0}; char buf[MAX_CMD_STR+1+8] = {0}; //定义应用层PDU缓存 int res=0; // 读取测试数据文件 sprintf(fn_td, "td%d.txt", pin); FILE * fp_td = fopen(fn_td, "r"); if(!fp_td){ bprintf(fp_res, "[cli](%d) Test data read error!\n", pin_h); return 0; } // 读取一行测试数据，从编址buf+8的字节开始写入，前8个字节分别留给PIN与数据长度（均为int） while (fgets(buf+8, MAX_CMD_STR, fp_td)) { // 重置pin_h & pin_n: pin_h = pin; pin_n = htonl(pin); // 指令解析: // 收到指令"exit"，跳出循环并返回 if(strncmp(buf+8, "exit", 4) == 0){ // printf("[cli](%d) \"exit\" is found!\n", pin_h); break; } // 数据解析（构建应用层PDU）: // 将PIN写入PDU缓存（网络字节序） memcpy(buf, &pin_n, 4); // 获取数据长度 len_h = strnlen(buf+8, MAX_CMD_STR); // 将数据长度写入PDU缓存（网络字节序） len_n = htonl(len_h); memcpy(buf+4, &len_n, 4); // TODO 将读入的'\n'更换为'\0'；若仅有'\n'输入，则'\0'将被作为数据内容发出，数据长度为1 // 用write发送echo_rqt数据 write(sockfd, buf, len_h+8); // 下面开始读取echo_rep返回来的数据，并存到res文件中 memset(buf, 0, sizeof(buf)); // 此部分的功能代码，建议参考服务器端echo_rep中的代码来编写，此处不再重复 // TODO 读取PIN（网络字节序）到pin_n中 // TODO 读取服务器echo_rep数据长度（网络字节序）到len_n，并转为主机字节序存放到len_h // TODO读取服务器echo_rep数据，并输出到res文件中 } return 0; } int main(int argc, char* argv[]) { // 基于argc简单判断命令行指令输入是否正确； if(argc != 4){ printf("Usage:%s \n", argv[0]); return 0; } struct sigaction sigact_pipe, old_sigact_pipe; sigact_pipe.sa_handler = sig_pipe;//sig_pipe()，信号处理函数 sigemptyset(&sigact_pipe.sa_mask); sigact_pipe.sa_flags = 0; sigact_pipe.sa_flags |= SA_RESTART;//设置受影响的慢系统调用重启 sigaction(SIGPIPE, &sigact_pipe, &old_sigact_pipe); // TODO 安装SIGCHLD信号处理器.这里可直接将handler设为SIG_IGN，忽略SIGCHLD信号即可， // 注意和上述SIGPIPE一样，也要设置受影响的慢系统调用重启。也可以按指导书说明用一个自定义的sig_chld // 函数来处理SIGCHLD信号(复杂些) //TODO 定义如下变量： // 服务器Socket地址srv_addr，客户端Socket地址cli_addr； // 客户端Socket地址长度cli_addr_len（类型为socklen_t）； // Socket连接描述符connfd； // 最大并发连接数（含父进程）conc_amnt,其值由命令行第三个参数决定（用atoi函数 // 获取当前进程PID，用于后续父进程信息打印； pid_t pid = getpid(); //TODO 初始化服务器Socket地址srv_addr，其中会用到argv[1]、argv[2] /* IP地址转换推荐使用inet_pton()；端口地址转换推荐使用atoi(); */ for (int i = 0; i < conc_amnt - 1; i++) { if (!fork()) {// 子进程 int pin = i+1; char fn_res[20]; // 用于处理文件名的字符数组 // TODO 获取当前子进程PID,用于后续子进程信息打印 // 打开res文件，文件序号指定为当前子进程序号PIN； sprintf(fn_res, "stu_cli_res_%d.txt", pin); fp_res = fopen(fn_res, "ab"); // Write only， append at the tail. Open or create a binary file; if(!fp_res){ printf("[cli](%d) child exits, failed to open file \"stu_cli_res_%d.txt\"!\n", pid, pin); exit(-1); } // TODO 将子进程已创建的信息打印到stdout（格式见指导书） // TODO 创建套接字connfd（注意加上出错控制） do int res; // 用connect连接到服务器端，返回值放在res里 res = connect(connfd, (struct sockaddr*) &srv_addr, sizeof(srv_addr)); if(!res){ char ip_str[20]={0}; //用于IP地址转换 // TODO 将服务器端地址信息打印输出至对应的stu_cli_res_PIN.txt（见指导书） if(!echo_rqt(connfd, pin)) //调用业务处理函数echo_rqt break; } else break; }while(1); // 关闭连接描述符 close(connfd); bprintf(fp_res, "[cli](%d) connfd is closed!\n", pid); bprintf(fp_res, "[cli](%d) child process is going to exit!\n", pid); // TODO 关闭子进程res文件，同时打印提示信息到stdout(格式见指导书 exit(1); } } // 下面在父进程中连接服务器端，操作和上述子进程中的代码类同 char fn_res[20]; sprintf(fn_res, "stu_cli_res_%d.txt", 0); fp_res = fopen(fn_res, "wb"); if(!fp_res){ printf("[cli](%d) child exits, failed to open file \"stu_cli_res_0.txt\"!\n", pid); exit(-1); } // TODO 创建套接字connfd（注意加上出错控制） do{ int res; // 用connect连接到服务器端，返回值放在res里 res = connect(connfd, (struct sockaddr*) &srv_addr, sizeof(srv_addr)); if(!res){ char ip_str[20]={0}; //用于IP地址转换 // TODO 将服务器端地址信息打印输出至对应的stu_cli_res_0.txt（见指导书） if(!echo_rqt(connfd, pin)) //调用业务处理函数echo_rqt break; } else break; }while(1); // TODO 关闭连接描述符， bprintf(fp_res, "[cli](%d) connfd is closed!\n", pid); bprintf(fp_res, "[cli](%d) parent process is going to exit!\n", pid); // 关闭父进程res文件,并按指导书打印提示信息到stdout return 0; }客户端代码： 注意事项： 关于学生客户端服务器在本地交互测试一切正常，但是上线测试即出现各种错误甚至超时的问题 ·在线测试时采用以下模式进行交互：学生客户端＜＝＞标准服务器；标准客户端＜＝＞学生服务器。 ·当学生自行编写的客户端、服务器在本地进行交互测试时表现正常，并不能充分说明编码符合题设。 【案例】学生客户端与服务器收发数据时均未进行 PDU字节序转换 学生客户端与服务器收发数据时均未进行PDU字节序转换，本地测试看起来一切正常，但究其根本，是因为学生客户端与服务器程序虽未遵循网络字节序规范，但相当于遵循了无需字节序转换的自定义协议规范，且客户端、服务器进程都运行在同一主机上，因此字节序问题并不会暴露。但标准客户端与标准服务器并不认可该协议，所以上线测试即表现出各种问题。 |
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