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学院工商学院
专业计算机科学与技术
班级计1341
学生姓名:王慢,韩霞,孙洁茹,李强,蒋涛
课程设计任务书
题目基于linux网络聊天室的设计
实验目的:
《Linux操作系统课程设计B》是一门在课程《Linux操作系统与程序设计B》后独立开设的实验课程。这一门实验课程的开设目的是为了通过学生独立完成一个基于Linux平台的较大型应用程序,巩固课堂上学到的Linux平台上的编程规范、技术和技巧,培养学生的编写较大型程序的能力和提高学生综合应用素质。
本课程设计实验主要围绕Linux平台上主流的基础技术展开,这些技术包括:Linux的进程、线程通信和同步技术;socket网络通信技术等,这些技术可以集中体现并应用在并发程序设计中。通过并发程序的设计与开发,培养学生底层软件开发的能力,并为将来从事UNIX/Linux平台开发、嵌入式开发等相对高端的软件开发工作打下基础。
课程设计的具体内容与要求:
(一个)示例代码,理解并发程序设计并掌握基于Linux平台并
发程序设计的方法。
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,重新定义和完善程序的功能,定义数据结构,划分程序的功能模块和接口,明确每个模块功能以及相互关系。
,并测试。
目录
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基于linux网络聊天室的设计
摘要本课程设计主要实现一个Linux下的局域网聊天工具的设计。该设计主要分为两部分,客户端部分和主机部分。运行服务器端程序可以和任意运行了客户端程序的主机进行通信,通信内容能够通过终端显示出来。两个部分都使用C语言,利用vi编辑器,通过Berkeley套接口编程实现相关功能。
课程设计背景
Linux是一种针对PC计算机和工作站的操作系统,它具有像Windows和Mac那样的功能齐全的图形用户界面(GUI,GraphicalUserInterface)。LinusTorvald和其它的遍布世界各地的编程人员共同开发的[1]。
提到Linux我们不能不提GNU和Unix。Richard建立的自由软件联盟出版了两种许可证,GNU通用公共许可证(GNUGneralPublicLicense,GPL)和GNU函数库通用公共许可证(GNULibraryGneralPublicLicense,LGPL)。大部分GNU工程的软件和文档是以GNU通用公共许可证发行的,但是有一些库是以GNU函数库通用公共许可证发行的。按照GNU通用公共许可证的规定,Linux的源代码可以自由获取,这满足了我们学****该系统的强烈愿望。GPL充分体现了Stallman的思想:只要用户所做的修改是同等自由的,用户可以自由地使用、拷贝、查询、重用、修改甚至发布这个软件。通过这种方式,GPL保证了Linux(以及同一许可证下的大量其他软件)不仅现在自由可用,而且皮后经过任何修改这后都仍然可以自由使用。
Unix是由AT一T贝尔实验室的KenThompson和DennisRitchie于1969年在一台已经废弃了的PDP-7上开发的;最初它是一个用汇编语言写成的单用户操作系统。后来,他们又在PDP-11上用C语言重新编写(发明C语言的部分目的就在于此),把Unix做成为了一个文本处理系统,这使Unix在贝尔实验室得到广泛的应用。Unix的最初版本免费提供给许多知名的大学的计算机系使用。加州大学伯克利分校的计算机系就是其中的一名,并地Unix进行了修改增加了许多新的特点,这就是主为人知的BSC版本的Unix。与此同时,其它独立开发的Unix版本也开始萌生。Unix不断发展了,各种版本被应用到不同的计算机使用。而Linux最初是专门为基于Intel的个人计算机设计的。
Linux的昨天
1991年,一名叫LinusTorvalds的芬兰大学生对Unix各种版本对于80386类的机器的脆弱支持十分不满,他决定要开发出一个全功能的、支持POSIX标准的、类Unix的操作系统内核,该系统吸收了BSD和SystemV的优点,同进摒弃了它们的缺点。他独立把这个内核开发到版,这个版本已经可以运行gcc、bash和很少的一些应用程序。后来,他又开始了在因特网上寻求广泛的帮助。1994年,Linux已经升级到版本。它的源代码量也呈指数形式增长,实现了基本的TCP/IP功能,此时Linux已经拥有大约10万的用户。
Linux的今天
作为一各服务器级的操作系统,Linux已经成熟了。现在的Linux内核由150多行代码组成,能作为Web服务器平台,也为越来越多的商业用户提供文件和打印服务。它既被当作邮件服务器的一种候选平台,也被当作一种强壮而安全的防火墙。
Linux的企业级特性,比如支持多处理器、支持大型文件系统、日志文件系统以及密集型计算和高可用性集群技术,也逐步成熟。
桌面上的Linux也在继续完善。KDE桌面提供的图形用户界面在易用性和可配置方面都能和微软的Windows相媲美。
Linux的明天
Linux最强大的生命力在于其公开的开发过程。每个人都有可以自由获取内核源程序,每个人都有要不得以运载源程序加以修改,而后他人也可以自由获取你修改后的源程序。Linux这种独特的自由流畅的开发模型已被命名为bazaar(集市模型)。Bazaar开发模型通过重视实验,征集并充分利用早期的反馈,对巨大数量的脑力资源进行平衡配置,可以开发出更优秀的软件。本联盟就是想通过bazaar开发模型,在网上召集一些Linux的爱好者,开发出更优秀的操作系统或软件。
课程设计目的
本课程设计主要实现一个Linux下的局域网聊天工具的设计。该设计主要分为两部分,客户端部分和主机部分。运行服务器端程序可以和任意运行了客户端程序的主机进行通信,通信内容能够通过终端显示出来。两个部分都使用C语言,利用vi编辑器,通过Berkeley套接口编程实现相关功能。
要求:
主要实现一个Linux下的局域网聊天工具的设计,进一步掌握vi,gcc等工具的使用,并且熟悉Linux下的网络编程,以及多线程编程。
通过实际项目的分析、安装、配置、测试等工作,掌握用Linux系统下的网络聊天室的应用。
课程设计内容
本课程设计主要实现一个Linux下的局域网聊天工具的设计。该设计主要分为两部分,客户端部分和主机部分。运行服务器端程序可以和任意运行了客户端程序的主机进行通信,通信内容能够通过终端显示出来。两个部分都使用C语言,利用vi编辑器,通过Berkeley套接口编程实现相关功能。
2技术介绍
和UDP介绍
UDP通信
UDP是用户数据报协议的简称。它是以中午连接的逻辑通信信道。UDP在传送数据之前不需要先建立连接,远地主机的传输层在收到udp数据报后,不需要给出任何确认,所以不能保证其交付时可靠。它的特点是:因无连接,故提供的是不可靠的信道,但也是因无连接而具有很好的传输效率。
(2)TCP通信
TCP是传输控制协议的简称,它是提供一条全双工的、可靠的信道。TCP提供面向连接的服务,在传送数据之前必须先建立连接,数据传送结束后要释放连接。
由于TCP要提供可靠的、面向连接的运输服务,所以不可避免地增加了许多系统开销,比如确认、流量控制、计时器以及连接管理等都需要占用许多系统的时空资源。两个计算机之间如果使用TCP通信,其连接过程需要三次握手实现,如实验图2-1所示。
图用三次握手建立TCP连接
对于两个计算机之间连接的释放过程也需要类似的3次握手的互相确认的过程,如实验图2-2所示。
图TCP连接的释放过程
客户/服务器模型
在客户/服务器模型中,多个相互通信的计算机都作为客户端,与网络服务器进行连接,
并通过服务器进行信息的传递[3]。所以多个客户端之间的通信就变为了客户端与服务端的通信。所以,采用客户/服务器模型进行网络聊天需要分别编写服务器端和客户端的程序,服务器和客户端之间相互通信的同步关系和各自的程序流程如实验图2-3所示。
图Socket通信流程图
网络套接字(socket)的概念
Socket接口上TCP/IP网络应用程序接口(API),它提供了许多函数和例程,程序员可
以使用它们来开发TCP/IP网络应用程序。
使用Socket接口进行网络通信的过程如图1-3所示,简要步骤如下:
建立一个Socket.
按要求配置socket,将socket连接到远程主机或给socket指定以各本地协议端口。
按要求通过socket发送和接受数据。
关闭此socket。
这是通过Socket实现点对点通信需要掌握的4个编程要点。
多线程的概念
上述点对点通信的实现知识完成了主机进程与服务器进程之间的连接,建立连接的进程之间是一对一的联系,即主机的一个进程与服务器的一个进程之间建立的连接。而每个进程进行通信的环节都包括了发送信息和接口信息两个任务,这两个任务通过一个端口地址发送和接收。
对于多个并发的任务需要创建多个线程或线程去实现。使用一个进程去完成发送信息是没有问题的,因为发送总是主动的;而使用同一个进程再去完成接受信息去不一定会成功,因为接受信息是被动的,所以当没有信息可以接收时,该进程就会被阻塞,从而导致发送任务也一起被阻塞。同一个端口的发送和接收是两个并发任务,应该由两个不同的任务去分别完成信息的发送和接收。这样,当接收信息任务因没有信息而被阻塞时,不至于影响发送任务的执行。
那么,发送和接收两个任务是使用两个进程还是两个进程去完成呢?
在网络通信中,端口地址是以进程为单位进程分配的,而一个进程与外界的消息发送与接收必须通过分配给它的同一个端口进行。因此,不能通过创建进程方式来解决上诉问题,因为两个进程会分别对应两个不同的端口,而发送和接收必须使用同一端口。线程不是资源分配的单位,所以如果使用两个线程不会对线程分配新的端口。因此,本实验需要使用两个线程去分别完成发送和接收信息的任务,这两个线程共享其进程拥有的统一个端口地址。由于创建进程的进程本身会作为一个线程来调度,所以只需要再创建一个线程专门负责接收信息就可以了。
因此,对于从每个客户端发来的请求,服务器端都要创建相应的线程去接收并处理;同
理,对于客户端而言,也要创建一个线程去读取服务器端发来的信息。
系统设计
系统结构设计
本系统采用客户/服务器模型,在TCP/IP网络应用中,通信的两个进程间相互作用的主要模式是客户/服务器模式(Client/Server?model),即客户向服务器发出服务请求,服务器接收到请求后,提供相应的服务。客户/服务器模式的建立基于以下两点:首先,建立网络的起因是网络中软硬件资源、运算能力和信息不均等,需要共享,从而造就拥有众多资源的主机提供服务,资源较少的客户请求服务这一非对等作用。其次,网间进程通信完全是异步的,相互通信的进程间既不存在父子关系,又不共享内存缓冲区,因此需要一种机制为希望通信的进程间建立联系,为二者的数据交换提供同步,这就是客户端/服务器模式的TCP/IP。在客户/服务器模型中,多个相互通信的计算机都作为客户端,与网络服务器进行连接,并通过服务器进行信息的传递[4。]所以多个客户端之间的通信就变为了客户端与服务端的通信。
服务器端和客户端的主要组成如下:
服务器端:套接字创建函数Socket(),端口绑定函数Bind(),套接口监听函数Listen(),接受连接函数Accept(),数据收发函数Read()和Write(),以及套接口关闭函数Close()。
客户端:套接口创建函数Socket(),套接口连接函数Connect(),数据收发函数Read()和Write(),以及套接口关闭函数Close()。
通信设计
首先运行服务器端程序,通过Socket()函数会建立一个套接字,然后通过Bind()函数绑定一个端口,然后调用Listen()在套接字指定的端口上开始倾听,利用Accept()从完全建立连接的队列中接受一个连接,连接获得后使用Read()和Write()函数进行通信。通信结束后调用Close()关闭套接字描述符。
运行客户端的程序,调用Socket()函数建立一个套接字,使用Connect()函数与服务器端进行连接,连接完成后,使用Write()和Read()与服务器端进行通信,通信结束后调用close()关闭套接字描述符。