網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 網(wǎng)絡(luò)編程課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目: 基于Linux網(wǎng)絡(luò)聊天室的設(shè)計(jì) 姓 名: 陳佳悅 陳雄蘭 學(xué) 院: 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 專 業(yè): 網(wǎng)絡(luò)工程 班 級(jí): 網(wǎng)絡(luò)工程102 學(xué) 號(hào): 19310213 19310214 指導(dǎo)教師: 薛 衛(wèi) 職稱： 副教授 基于Linux網(wǎng)絡(luò)聊天室的設(shè)計(jì)摘要：本課程設(shè)計(jì)是在Linux環(huán)境下基于Socket進(jìn)行開(kāi)發(fā)的。系統(tǒng)服務(wù)器端和客戶端組成。服務(wù)端程序通過(guò)共享存儲(chǔ)區(qū)存儲(chǔ)聊天數(shù)據(jù)，并發(fā)送給每個(gè)連接的客戶端。通過(guò)多路復(fù)用的子進(jìn)程實(shí)現(xiàn)服務(wù)端與多個(gè)客戶端之間的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收?？梢栽趩螜C(jī)上開(kāi)辟兩個(gè)窗口分別運(yùn)行客戶、服務(wù)器的程序。本方案經(jīng)gcc調(diào)試器調(diào)試成功，可以在機(jī)網(wǎng)絡(luò)聊天中使用。

2、關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)聊天；linux ；socket 1相關(guān)概念及技術(shù)1.1 網(wǎng)絡(luò)套接字編程1.1.1套接字基本概念 套接字是通信的基石，是支持TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元?？梢詫⑻捉幼挚醋鞑煌鳈C(jī)間的進(jìn)程進(jìn)行雙向通信的端點(diǎn)，它構(gòu)成了單個(gè)主機(jī)內(nèi)及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)間的編程界面。套接字存在于通信域中，通信域是為了處理一般的線程通過(guò)套接字通信而引進(jìn)的一種抽象概念。套接字通常和同一個(gè)域中的套接字交換數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)交換也可能穿越域的界限，但這時(shí)一定要執(zhí)行某種解釋程序）。各種進(jìn)程使用這個(gè)相同的域互相之間用Internet協(xié)議簇來(lái)進(jìn)行通信。 1.1.2 套接字工作原理 要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信，你至少需要一對(duì)套接字，其

3、中一個(gè)運(yùn)行于客戶機(jī)端，我們稱之為ClientSocket，另一個(gè)運(yùn)行于服務(wù)器端，我們稱之為ServerSocket。 根據(jù)連接啟動(dòng)的方式以及本地套接字要連接的目標(biāo)，套接字之間的連接過(guò)程可以分為三個(gè)步驟：服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)，客戶端請(qǐng)求，連接確認(rèn)。 所謂服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)，是服務(wù)器端套接字并不定位具體的客戶端套接字，而是處于等待連接的狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。 所謂客戶端請(qǐng)求，是指由客戶端的套接字提出連接請(qǐng)求，要連接的目標(biāo)是服務(wù)器端的套接字。為此，客戶端的套接字必須首先描述它要連接的服務(wù)器的套接字，指出服務(wù)器端套接字的地址和端口號(hào)，然后就向服務(wù)器端套接字提出連接請(qǐng)求。 所謂連接確認(rèn)，是指當(dāng)服務(wù)器端套接字監(jiān)聽(tīng)到或者說(shuō)

4、接收到客戶端套接字的連接請(qǐng)求，它就響應(yīng)客戶端套接字的請(qǐng)求，建立一個(gè)新的線程，把服務(wù)器端套接字的描述發(fā)給客戶端，一旦客戶端確認(rèn)了此描述，連接就建立好了。而服務(wù)器端套接字繼續(xù)處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，繼續(xù)接收其他客戶端套接字的連接請(qǐng)求。 1.1.3 linux中socket的基本應(yīng)用：服務(wù)端建立套接字的大致步驟：(1）建立socket。(2）bindPort 綁定特定的端口。(3）listen 監(jiān)聽(tīng)特定的端口。(4）accept,當(dāng)有客戶端連接服務(wù)器端口時(shí)，accept接收信息，并返回新的套接字描述符，提供給操作(5）根據(jù)實(shí)際需求，write,read,send,recv等操作(6）關(guān)閉套接字?？蛻舳舜笾虏襟E

5、：1）創(chuàng)建socket.2）根據(jù)服務(wù)器地址，connect連接到特定服務(wù)器。3）write,read等讀寫(xiě)操作。4）關(guān)閉套接字。1.2 客戶/服務(wù)器模型應(yīng)用程序之間為了能順利地進(jìn)行通信，一方通常需要處于守候狀態(tài)，等待另一方請(qǐng)求的到來(lái)。在分布式計(jì)算中，一個(gè)應(yīng)用程序被動(dòng)地等待，而另一個(gè)應(yīng)用程序通過(guò)請(qǐng)求啟動(dòng)通信的模式就是客戶服務(wù)器模式?？蛻?服務(wù)器模型的典型運(yùn)行過(guò)程包括五個(gè)主要步驟：（1）服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)相應(yīng)窗口的輸入。（2）客戶機(jī)發(fā)出請(qǐng)求。（3）服務(wù)器接收到此請(qǐng)求。（4）服務(wù)器處理此請(qǐng)求，并將結(jié)果返回給客戶機(jī)。（5）重復(fù)上述過(guò)程，直至完成一次會(huì)話過(guò)程任務(wù)。運(yùn)作過(guò)程如下： 請(qǐng)求Request 請(qǐng)求 圖 客

6、戶/服務(wù)器模型運(yùn)作過(guò)程 服務(wù)器 客戶機(jī) 進(jìn)程通信設(shè)備響應(yīng)響應(yīng)Request1.3 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用一般有以下幾種技術(shù):(1) 非阻塞通信技術(shù): 將文件管道設(shè)為非阻塞通信方式, 每隔一段時(shí)間對(duì)他們實(shí)行一次輪詢, 以判斷是否可以進(jìn)行讀寫(xiě)操作。(2)信號(hào)驅(qū)動(dòng)的異步I/O 技術(shù)。首先, 異步I/O 是基于信號(hào)機(jī)制的, 并不可靠。其次, 單一的信號(hào)不足以提供更多的信息來(lái)源。還是需要輔助以其他的手段, 實(shí)現(xiàn)有很高的難度。(3)select()技術(shù)。在BSD 中提供了一種可以對(duì)多路I/O 進(jìn)行阻塞式查詢的方法select()。它提供同時(shí)對(duì)多個(gè)I/O 描述符進(jìn)行阻塞式查詢的方法。(4) 子進(jìn)程技術(shù)。應(yīng)用多

7、個(gè)子進(jìn)程, 每一個(gè)對(duì)一個(gè)單工阻塞方式通信。所有子進(jìn)程通過(guò)IPC 和父進(jìn)程進(jìn)行通信。父進(jìn)程掌管所有信息。該聊天室即采用此種子進(jìn)程技術(shù)。1.4相關(guān)函數(shù)調(diào)用(1) Socket() 作用：socket函數(shù)為客戶機(jī)或服務(wù)器創(chuàng)建一個(gè)sokcet格式： int socket(int family,int type,int protocol); 參數(shù)說(shuō)明： Family：表示地址族，可以去AF_UNLX和AF_INT。其中，AF_UNLX只能夠用于單一的UNIX系統(tǒng)進(jìn)程間通信;AF_INT是針對(duì)Internet的，因而可以允許在遠(yuǎn)程主機(jī)之間通信，實(shí)驗(yàn)中使用AF_INT。 Type：網(wǎng)絡(luò)程序所采用的通信協(xié)議，

8、可以取SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM。其中，SOCK_STREAM表明使用的是TCP協(xié)議，這樣提供按順序的、可靠的、雙向、面向連接的比特流；SOCKE_DGRAM表明使用的是UDP協(xié)議，這樣只會(huì)提供定長(zhǎng)、不可靠、無(wú)連接的通信。（2）bind( )格式：int bind(int sockfd,struct sockaddr *addr,int addrlen); 參數(shù)說(shuō)明： Sockfd：socket的文件描述符號(hào)。 Sockaddr：表示名字所用的一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用來(lái)保存地址(包括IP地址和端口) Addrlen:設(shè)置結(jié)構(gòu)大小長(zhǎng)度。(3)listen()格式：int listen(

9、int sockfd, int backlog); 作用：監(jiān)聽(tīng)連接信號(hào)，和accepted函數(shù)合同。 參數(shù)說(shuō)明： Sockfd：表示socket調(diào)用返回的文件描述符。 Backlog：表示接入隊(duì)列允許的連接數(shù)目，大多數(shù)系統(tǒng)允許20個(gè)，也可以子定義510個(gè)。(4)accept() 格式：Int accept (int sockfd, void *addr, int *addrlen); 作用：與listen函數(shù)合用，監(jiān)聽(tīng)信息、接收客戶端請(qǐng)求。 參數(shù)說(shuō)明： Sockfd：表示socket的文件描述符。 Addr：表示指向局部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)struct sockaddr-in的指針。 Addrlen：表

10、示地址的長(zhǎng)度。(5)connect()格式： int connect( int sockfd , struct sockaddr *serv_addr , int addrlen); 作用：在面向連接的系統(tǒng)中客戶及連接服務(wù)器時(shí)使用，connect必須在bind后使用。 參數(shù)作用： Sockfd：表示socket的文件描述符。 Serv-addr：表示村訪目的端口和ip地址（套接字）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。(6)send() 和 recv() 格式1：Int send (int sockfd, const vod *msg,int len, int flags); 功能：發(fā)送信息。 格式2：Int recv

11、 (int sockfd , void *buf,int len, usigned int flags); 作用：用于流式socket、數(shù)據(jù)報(bào)socket內(nèi)部之間的通信。（7）bindPort() 格式：int bindPort(unsigned short int port) 作用：創(chuàng)建套接字，并綁定到指定端口。參數(shù)說(shuō)明：指定所指定的端口號(hào)。(8)fork()作用：創(chuàng)建一個(gè)新的子進(jìn)程，而這個(gè)子進(jìn)程是父進(jìn)程的副本，接下來(lái)這兩個(gè)進(jìn)行就由操作系統(tǒng)調(diào)度，直到程序執(zhí)行結(jié)束。2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)與功能分析2.1整體程序設(shè)計(jì)： 服務(wù)端程序通過(guò)共享存儲(chǔ)區(qū)存儲(chǔ)聊天數(shù)據(jù)，并發(fā)送給每個(gè)連接的客戶端；服務(wù)端程序和客戶端程序

12、都是通過(guò)父子進(jìn)程分別負(fù)責(zé)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的，以避免數(shù)據(jù)沖撞.2.1.1服務(wù)器端程序設(shè)計(jì)：(1)建立服務(wù)器端，創(chuàng)建共享存儲(chǔ)區(qū)，便于客戶與客戶之間的信息交流，及服務(wù)端的記錄。（2） 創(chuàng)建socket套接字 ，并綁定到指定端口，監(jiān)聽(tīng)套接字（客戶套接字）。（3） 在監(jiān)聽(tīng)過(guò)程中接受客戶端連接，并發(fā)送問(wèn)候信息。（4）接收到客戶端連接的信息后開(kāi)始創(chuàng)建子進(jìn)程，其中父進(jìn)程用于接受信息，子進(jìn)程用于發(fā)送信息，實(shí)現(xiàn)多線程操作。2.1.2客戶端程序設(shè)計(jì)：（1） 建立一個(gè)客戶端的socket套接字，綁定客戶端套接字連接服務(wù)端。（2） 連接成功后，創(chuàng)建子進(jìn)程，其中父進(jìn)程用于接受信息，子進(jìn)程用于發(fā)送信息。 （3） 創(chuàng)建子進(jìn)程成

13、功后，可以進(jìn)行客戶端與客戶端的通信聊天。2.2 系統(tǒng)功能：（1）創(chuàng)建服務(wù)器后，服務(wù)器創(chuàng)建了共享存儲(chǔ)區(qū)，方便客戶與客戶之間聊天信息的記錄，包括聊天具體內(nèi)容及時(shí)間記錄。（2）客戶端創(chuàng)建后如xx（需輸入ip地址、端口號(hào)、用戶名 如下面截圖實(shí)例：./c 127.0.0.1 6666 xx）,在服務(wù)器的監(jiān)聽(tīng)下，很快xx就與服務(wù)器建立了連接。（3）與此同時(shí)另一客戶yy創(chuàng)建，同理yy也與服務(wù)器建立了連接，此時(shí)兩客戶端就可以通過(guò)服務(wù)器建立連接，開(kāi)始聊天。（4）在服務(wù)器上，也一直記錄了客戶端間的聊天記錄具體信息。3.主要算法及流程圖 圖5為客戶端主程序的流程圖； 圖6為客戶端get()函數(shù)即文件下載的流程圖；

14、圖7為服務(wù)器端出程序流程圖；4.系統(tǒng)開(kāi)發(fā)調(diào)試與運(yùn)行環(huán)境Ø 開(kāi)發(fā)環(huán)境：本系統(tǒng)是在Linux環(huán)境下用C語(yǔ)言結(jié)合網(wǎng)絡(luò)編程知識(shí)開(kāi)發(fā)的。 Ø 運(yùn)行環(huán)境：l 虛擬機(jī)：Vmwarel 操作系統(tǒng)：Ubuntu-11.10-desktop5.實(shí)驗(yàn)運(yùn)行效果截圖演示：第一部分：（1） 服務(wù)器端：編譯s.c即服務(wù)器端程序，運(yùn)行，顯示如下：說(shuō)明連接成功，服務(wù)器正在監(jiān)聽(tīng)，有無(wú)客戶端請(qǐng)求。（2）客戶端1：編譯c.c即客戶端程序，運(yùn)行指定IP地址為本機(jī)地址，端口號(hào)為6666，用戶名為xx，顯示如下：說(shuō)明已經(jīng)進(jìn)入群聊的聊天室。（2） 客戶端2：編譯c.c即客戶端程序，運(yùn)行指定IP地址為本機(jī)地址，端口號(hào)為66

15、66，用戶名為yy，顯示如下：說(shuō)明已經(jīng)進(jìn)入群聊的聊天室。第二部分：（1） 客戶端1：開(kāi)啟聊天功能，xx在界面上發(fā)起對(duì)話（2） 客戶端2：當(dāng)xx在自己的客戶端1界面上發(fā)起對(duì)話，客戶端2界面顯示內(nèi)容，同時(shí)yy也向xx即客戶端1發(fā)送內(nèi)容。（3） 服務(wù)器端：服務(wù)器接收客戶端1（xx）發(fā)送的內(nèi)容并且傳送給客戶端2（yy），同時(shí)接收yy發(fā)送的內(nèi)容再轉(zhuǎn)發(fā)給xx。第三部分：聊天截圖雖然實(shí)現(xiàn)的只是一個(gè)功能相對(duì)比較簡(jiǎn)單的程序，但是期間受益匪淺，一方面是考察了這一個(gè)學(xué)期來(lái)對(duì)linux內(nèi)核編程的學(xué)習(xí)成果，檢驗(yàn)了綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的能力，嘗試將書(shū)本的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，另一方面在實(shí)踐中加深了對(duì)理論知識(shí)的理解，發(fā)現(xiàn)理論

16、到實(shí)際所出現(xiàn)的問(wèn)題、困難，以及尋找解決的方案，與此同時(shí)能夠讓我們認(rèn)清自己在學(xué)習(xí)Socket編程不足之處和薄弱環(huán)節(jié)，并加以彌補(bǔ)和鞏固，并且通過(guò)對(duì)線程同步程序的設(shè)計(jì)和運(yùn)用，進(jìn)一步的鞏固用Socket編程的能力，并且也更好的理解操作系統(tǒng)的工作形式。第一次采用采用C/S架構(gòu)并且在linux環(huán)境下編寫(xiě)程序，比較新鮮但是期間我們也遇到了很多的困難，例如： （1）socket實(shí)現(xiàn)過(guò)程：服務(wù)器端的recv()函數(shù)，不同情況下，返回的次數(shù)不清楚，其實(shí)是對(duì)返回的條件不清楚，后來(lái)經(jīng)過(guò)查閱資料以及對(duì)事例的研究，基本清楚了它的運(yùn)用。 （2）在實(shí)現(xiàn)多線程的時(shí)候，調(diào)用pthread_exit()函數(shù)使線程退出。需要注意的地方：一是，主線程中如果從main函數(shù)返回或是調(diào)用了exit函數(shù)退出主線程，則整個(gè)進(jìn)程終止，此時(shí)所有的其他線程也將終止。另一種是，如果主線程調(diào)用pthread_exit函數(shù)，則僅僅是主線程消亡，進(jìn)程不會(huì)結(jié)束，其他線程也不會(huì)結(jié)束，知道所有的線程都結(jié)束時(shí)，進(jìn)程才結(jié)束。剛開(kāi)始接觸的時(shí)候只是對(duì)上課的時(shí)候老師給的例子基本分析了解，但是實(shí)現(xiàn)的時(shí)候一直無(wú)法實(shí)現(xiàn)多線程，即并發(fā)執(zhí)行。 從編程中體會(huì)頗多，學(xué)到了很多東西，懂得了怎樣建立socket套接字，在客戶端和在服務(wù)器端的不同之處，TCP套接字以及加鎖解鎖和條件變量的作用。也懂得了網(wǎng)絡(luò)通信中服務(wù)器需要循環(huán)等待客戶