Linux程序设计——Linux进程及网络通信开发

昆明理工大学信息工程与自动化学院学生上机报告（ 201 201 学年 第 学期 ）课程名称：Linux程序设计 开课实验室： 时间：年 月 日年级、专业、班学号 姓名成绩实验项目名称Linux进程及网络通信开发指导教师教师评语该同学是否了解相关理论： A.了解B.基本了解C.不了解该同学的动手能力： A.强 B.中等 C.差 该同学的上机是否达到要求 ： A.达到 B.基本达到C.未达到上机实验报告是否规范： A.规范 B.基本规范C.不规范上机实验过程是否详细记录： A.详细 B.一般 C.没有 注：5个A 为优 4个A为良 3个A 为及格 其余为不及格。教师签名： 年 月 日一、上机目的1、熟悉Linux进程通信进程管道2、了解和掌握客户/服务器3、掌握套接字的工作元理。二、相关技术阐述1、管道 管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，有名管道克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信。 管道是Linux支持的最初Unix IPC形式之一，具有以下特点：管道是半双工的，数据只能向一个方向流动；需要双方通信时，需要建立起两个管道；只能用于父子进程或者兄弟进程之间（具有亲缘关系的进程）；单独构成一种独立的文件系统：管道对于管道两端的进程而言，就是一个文件，但它不是普通的文件，它不属于某种文件系统，而是自立门户，单独构成一种文件系统，并且只存在与内存中。 数据的读出和写入：一个进程向管道中写的内容被管道另一端的进程读出。写入的内容每次都添加在管道缓冲区的末尾，并且每次都是从缓冲区的头部读出数据。 管道两端用描述字fd0以及fd1来描述，管道的两端是固定了任务的。fd0只能用于读，称其为管道读端；另一端则只能用于写，由描述字fd1来表示，称其为管道写端。 从管道中读取数据：如果管道的写端不存在，则认为已经读到了数据的末尾，读函数返回的读出字节数为0；当管道的写端存在时，如果请求的字节数目大于PIPE_BUF，则返回管道中现有的数据字节数，如果请求的字节数目不大于PIPE_BUF，则返回管道中现有数据字节数（此时，管道中数据量小于请求的数据量）；或者返回请求的字节数（此时，管道中数据量不小于请求的数据量）。如果管道没有数据，且管道的写端口是打开状态，则读操作被阻塞直到有数据写入为止。 向管道中写入数据：对于设置了阻塞标志的写操作：当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性。如果此时管道空闲缓冲区不足以容纳要写入的字节数，则进入睡眠，直到当缓冲区中能够容纳要写入的字节数时，才开始进行一次性写操作。 当要写入的数据量大于PIPE_BUF时，linux将不再保证写入的原子性。FIFO缓冲区一有空闲区域，写进程就会试图向管道写入数据，写操作在写完所有请求写的数据后返回。 对于没有设置阻塞标志的写操作：当要写入的数据量大于PIPE_BUF时，linux将不再保证写入的原子性。在写满所有FIFO空闲缓冲区后，写操作返回。当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性。如果当前FIFO空闲缓冲区能够容纳请求写入的字节数，写完后成功返回；如果当前FIFO空闲缓冲区不能够容纳请求写入的字节数，则返回EAGAIN错误，提醒以后再写； 管道的主要局限性正体现在它的特点上：只支持单向数据流；只能用于具有亲缘关系的进程之间；没有名字；管道的缓冲区是有限的（管道制存在于内存中，在管道创建时，为缓冲区分配一个页面大小）；管道所传送的是无格式字节流，这就要求管道的读出方和写入方必须事先约定好数据的格式，比如多少字节算作一个消息（或命令、或记录）等等；有名管道以FIFO的文件形式存在于文件系统中。这样，即使与FIFO的创建进程不存在亲缘关系的进程，只要可以访问该路径，就能够彼此通过FIFO相互通信。2、 套接字（socket） 套接字是一种通信机制，凭借这种机制，客户/服务器系统的开发工作既可以在本地单机上进行，也可以跨网络进行。 套接字的特性有三个属性确定，它们是：域（domain），类型（type），和协议（protocol）。套接字还用地址作为它的名字。地址的格式随域（又被称为协议族，protocol family）的不同而不同。每个协议族又可以使用一个或多个地址族定义地址格式。 1.套接字的域：域指定套接字通信中使用的网络介质。最常见的套接字域是AF_INET，它是指Internet网络，许多Linux局域网使用的都是该网络，当然，因特网自身用的也是它。其底层的协议网际协议（IP）只有一个地址族，它使用一种特定的方式来指定网络中的计算机，即IP地址。在计算机系统内部，端口通过分配一个唯一的16位的整数来表示，在系统外部，则需要通过IP地址和端口号的组合来确定。2.套接字类型：流套接字（在某些方面类似域标准的输入/输出流）提供的是一个有序，可靠，双向字节流的连接。流套接字由类型SOCK_STREAM指定，它们是在AF_INET域中通过TCP/IP连接实现的。他们也是AF_UNIX域中常见的套接字类型。数据包套接字与流套接字相反，由类型SOCK_DGRAM指定的数据包套接字不建立和维持一个连接。它对可以发送的数据包的长度有限制。数据报作为一个单独的网络消息被传输，它可能会丢失，复制或乱序到达。数据报套接字实在AF_INET域中通过UDP/IP连接实现，它提供的是一种无需的不可靠服务。3.套接字协议只要底层的传输机制允许不止一个协议来提供要求的套接字类型，我们就可以为套接字选择一个特定的协议。创建套接字socket系统调用创建一个套接字并返回一个描述符，该描述符可以用来访问该套接字。#include#includeint socket(int domain , int type , int protocol);创建的套接字是一条通信线路的一个端点。domain参数指定协议族，type参数指定这个套接字的通信类型，protocol参数指定使用的协议。domain参数可以指定的协议族如下域 说明AF_UNIX UNIX域协议（文件系统套接字）AF_INET ARPA因特网协议（UNIX网络套接字）AF_ISO ISO标准协议AF_NS 施乐（XEROX）网络系统协议AF_IPX NOVELL IPX协议AF_APPLETALKAppletalk DDS最常见的套接字域是AF_UNIX和AF_INET，前者用于通过Unix和Linux文件系统实现的本地套接字，后者用于Unix网络套接字。AF_INET套接字可以用于通过包括因特网在内的TCP/IP网络进行通信的程序。微软Windows系统的winsock接口也提供了对这个套接字域的访问功能。socket函数的参数type指定用于新套接字的通信特性。它的取值包括SOCK_STREAM和SOCK_DGRAM。SOCK_STREAM是一个有序、可靠、面向连接的双字节流。通过TCP连接来实现。SOCK_DGRAM是数据包服务，我们可以用它来发送最大长度固定的消息。但消息是否会被正确传递或消息是否不会乱序到达没有保证。套接字地址结构结构struct sockaddr_un 定义了一种通用的套接字地址，它的类型是：struct sockaddr_un sa_family_t sun_family; /*AF_UNIX*/ char sun_path; /*pathname*/；这是一种通用的定义，一般都不用。TCP/IP使用的是自己的结构体struct sockaddr_in，格式如下：struct sockaddr_in short int sin_family; /地址类型,一般为AF_INET unsigned short int sin_port; /端口号 struct in_addr sin_addr; /IP地址；这里的struct in_addr的定义如下：struct in_addr unsigned long int s_addr;结构体sockaddr和sockaddr_in的长度都是16字节。一般在编TCP/IP程序时，一般使用结构体sockaddr_in来设置地址，然后在需要的时候，通过强制类型转换成sockaddr类型。三、所用软件系统Ubuntu，term，vi编辑器、gcc编译器4、 源代码或上机步骤管道实验：（1） 首先定会以一个头文件client.h，它定义了客户和服务器都用到的数据。#include#include#include#include#include#include#include#include#define SERVER_FIFO_NAME /tem/serv_fifo#define CLIENT_FIFO_NAME /tem/cli_%d_fifo#define BUFFER_FIFO_SIZE 20struct data_to_pass_st pid_t client_pid; char some_dataBUFFER_FIFO_SIZE - 1;（2）创建服务器程序server.c，创建并打开服务器管道，她被设置为只读阻塞模式，服务器读取客户发送来的数据，这些数据采用的是data_to_pass_st结构。#includeclient.h#includeint main() int server_fifo_fd,client_fifo_fd; struct data_to_pass_st my_data; int read_res; char client_fifo256; char *tmp_char_ptr; mkfifo(SERVER_FIFO_NAME,0777); server_fifo_fd=open(SERVER_FIFO_NAME,O_RDONLY); if(server_fifo_fd=-1)fprintf(stderr,server fifo failuren);exit(EXIT_FAILURE); sleep(10);/*lets client queue for demo purpose*/ do read_res=read(server_fifo_fd,&my_data,sizeof(my_data); if(read_res0) tmp_char_ptr=my_data.some_data; while(*tmp_char_ptr) *tmp_char_ptr=toupper(*tmp_char_ptr); tmp_char_ptr+; sprintf(client_fifo,CLIENT_FIFO_NAME,my_data.client_pid); client_fifo_fd=open(client_fifo,O_WRONLY); if(client_fifo_fd!=-1)write(client_fifo_fd,&my_data,sizeof(my_data); close(client_fifo_fd); while(read_res0); close(server_fifo_fd); unlink(SERVER_FIFO_NAME); exit(EXIT_SUCCESS);（3）创建客户程序client.c这个程序的第一部分先检测服务器FIFO文件是否存在，如果存在就打开它，然后获取自己的进程ID，该进程ID构成要发给服务器数据的一部分。#includeclient.h#includeint main() int server_fifo_fd,client_fifo_fd; struct data_to_pass_st my_data; int times_to_send; char client_fifo256; server_fifo_fd=open(SERVER_FIFO_NAME,O_WRONLY); if(server_fifo_fd=-1) fprintf(stderr,sorry,no servern); exit(EXIT_FAILURE); my_data.client_pid=getpid(); sprintf(client_fifo,CLIENT_FIFO_NAME,my_data.client_pid); if(mkfifo(client_fifo,0777)=-1) fprintf(stderr,sorry,cant make %sn,client_fifo); exit(EXIT_FAILURE); for(times_to_send=0;times_to_send0) printf(received:%sn,my_data.some_data); close(client_fifo_fd); close(server_fifo_fd); unlink(client_fifo); exit(EXIT_SUCCESS); 实验截图：Client.hserver.cclient.c运行结果：2、 套接字实验通过编写一个c程序来获取主机的信息，包括主机名，IP。该程序通过调用gethostbyname从主机数据库中提取主机信息，它打印出主机名和该主机在它网络接口上使用的IP地址运行这个程序并指定主机名,主机给出调制解调器和以太网接口信息。代码：#include#include#include#include#include#includeint main(int argc, char *argv) char *host,*names,*addrs; struct hostent *hostinfo; if(argc=1) char myname256; gethostname(myname,255); host=myname; else host=argv1; hos