期中大作业丨题目以及解答剖析

盛延敏

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讲述：冯永吉大小：356.18K时长：00:23

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你好，今天是期中大作业讲解课。诚如一位同学所言，这次的大作业不是在考察网络编程的细节，而是在考如何使用系统 API 完成 cd、pwd、ls 等功能。不过呢，网络编程的框架总归还是要掌握的。
我研读了大部分同学的代码，基本上是做得不错的，美中不足的是能动手完成代码编写和调试的同学偏少。我还是秉持一贯的看法，计算机程序设计是一门实战性很强的学科，如果只是单纯地听讲解，没有自己动手这一环，对知识的掌握总归还是差那么点意思。
代码我已经 push 到这里，你可以点进链接看一下。
客户端程序废话少说，我贴下我的客户端程序：
#include "lib/common.h"
#define  MAXLINE     1024
int main(int argc, char **argv) {
    if (argc != 3) {
        error(1, 0, "usage: tcp_client <IPaddress> <port>");
    }
    int port = atoi(argv[2]);
    int socket_fd = tcp_client(argv[1], port);
    char recv_line[MAXLINE], send_line[MAXLINE];
    int n;
    fd_set readmask;
    fd_set allreads;
    FD_ZERO(&allreads);
    FD_SET(0, &allreads);
    FD_SET(socket_fd, &allreads);
    for (;;) {
        readmask = allreads;
        int rc = select(socket_fd + 1, &readmask, NULL, NULL, NULL);
        if (rc <= 0) {
            error(1, errno, "select failed");
        }
        if (FD_ISSET(socket_fd, &readmask)) {
            n = read(socket_fd, recv_line, MAXLINE);
            if (n < 0) {
                error(1, errno, "read error");
            } else if (n == 0) {
                printf("server closed \n");
                break;
            }
            recv_line[n] = 0;
            fputs(recv_line, stdout);
            fputs("\n", stdout);
        }
        if (FD_ISSET(STDIN_FILENO, &readmask)) {
            if (fgets(send_line, MAXLINE, stdin) != NULL) {
                int i = strlen(send_line);
                if (send_line[i - 1] == '\n') {
                    send_line[i - 1] = 0;
                }
                if (strncmp(send_line, "quit", strlen(send_line)) == 0) {
                    if (shutdown(socket_fd, 1)) {
                        error(1, errno, "shutdown failed");
                    }
                }
                size_t rt = write(socket_fd, send_line, strlen(send_line));
                if (rt < 0) {
                    error(1, errno, "write failed ");
                }
            }
        }
    }
    exit(0);
}
客户端的代码主要考虑的是使用 select 同时处理标准输入和套接字，我看到有同学使用 fgets 来循环等待用户输入，然后再把输入的命令通过套接字发送出去，当然也是可以正常工作的，只不过不能及时响应来自服务端的命令结果，所以，我还是推荐使用 select 来同时处理标准输入和套接字。
这里 select 如果发现标准输入有事件，读出标准输入的字符，就会通过调用 write 方法发送出去。如果发现输入的是 quit，则调用 shutdown 方法关闭连接的一端。
如果 select 发现套接字流有可读事件，则从套接字中读出数据，并把数据打印到标准输出上；如果读到了 EOF，表示该客户端需要退出，直接退出循环，通过调用 exit 来完成进程的退出。
服务器端程序下面是我写的服务器端程序：
#include "lib/common.h"
static int count;
static void sig_int(int signo) {
    printf("\nreceived %d datagrams\n", count);
    exit(0);
}
char *run_cmd(char *cmd) {
    char *data = malloc(16384);
    bzero(data, sizeof(data));
    FILE *fdp;
    const int max_buffer = 256;
    char buffer[max_buffer];
    fdp = popen(cmd, "r");
    char *data_index = data;
    if (fdp) {
        while (!feof(fdp)) {
            if (fgets(buffer, max_buffer, fdp) != NULL) {
                int len = strlen(buffer);
                memcpy(data_index, buffer, len);
                data_index += len;
            }
        }
        pclose(fdp);
    }
    return data;
}
int main(int argc, char **argv) {
    int listenfd;
    listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    struct sockaddr_in server_addr;
    bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    server_addr.sin_port = htons(SERV_PORT);
    int on = 1;
    setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on));
    int rt1 = bind(listenfd, (struct sockaddr *) &server_addr, sizeof(server_addr));
    if (rt1 < 0) {
        error(1, errno, "bind failed ");
    }
    int rt2 = listen(listenfd, LISTENQ);
    if (rt2 < 0) {
        error(1, errno, "listen failed ");
    }
    signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
    int connfd;
    struct sockaddr_in client_addr;
    socklen_t client_len = sizeof(client_addr);
    char buf[256];
    count = 0;
    while (1) {
        if ((connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *) &client_addr, &client_len)) < 0) {
            error(1, errno, "bind failed ");
        }
        while (1) {
            bzero(buf, sizeof(buf));
            int n = read(connfd, buf, sizeof(buf));
            if (n < 0) {
                error(1, errno, "error read message");
            } else if (n == 0) {
                printf("client closed \n");
                close(connfd);
                break;
            }
            count++;
            buf[n] = 0;
            if (strncmp(buf, "ls", n) == 0) {
                char *result = run_cmd("ls");
                if (send(connfd, result, strlen(result), 0) < 0)
                    return 1;
            } else if (strncmp(buf, "pwd", n) == 0) {
                char buf[256];
                char *result = getcwd(buf, 256);
                if (send(connfd, result, strlen(result), 0) < 0){
                    return 1;
                 }
                free(result);
            } else if (strncmp(buf, "cd ", 3) == 0) {
                char target[256];
                bzero(target, sizeof(target));
                memcpy(target, buf + 3, strlen(buf) - 3);
                if (chdir(target) == -1) {
                    printf("change dir failed, %s\n", target);
                }
            } else {
                char *error = "error: unknown input type";
                if (send(connfd, error, strlen(error), 0) < 0)
                    return 1;
            }
        }
    }
    exit(0);
}
服务器端程序需要两层循环，第一层循环控制多个客户端连接，当然咱们这里没有考虑使用并发，这在第三个模块中会讲到。严格来说，现在的服务器端程序每次只能服务一个客户连接。
第二层循环控制和单个连接的数据交互，因为我们不止完成一次命令交互的过程，所以这一层循环也是必须的。
大部分同学都完成了这个两层循环的设计，我觉得非常棒。
在第一层循环里通过 accept 完成了连接的建立，获得连接套接字。
在第二层循环里，先通过调用 read 函数从套接字获取字节流。我这里处理的方式是反复使用了 buf 缓冲，每次使用之前记得都要调用 bzero 完成初始化，以便重复利用。
如果读取数据为 0，则说明客户端尝试关闭连接，这种情况下，需要跳出第二层循环，进入 accept 阻塞调用，等待新的客户连接到来。我看到有同学使用了 goto 来完成跳转，其实使用 break 跳出就可以了，也有同学忘记跳转了，这里需要再仔细看一下。
在读出客户端的命令之后，就进入处理环节。通过字符串比较命令，进入不同的处理分支。C 语言的 strcmp 或者 strncmp 可以帮助我们进行字符串比较，这个比较类似于 Java 语言的 String equalsIgnoreCase 方法。当然，如果命令的格式有错，需要我们把错误信息通过套接字传给客户端。
对于“pwd”命令，我是通过调用 getcwd 来完成的，getcwd 是一个 C 语言的 API，可以获得当前的路径。
对于“cd”命令，我是通过调用 chdir 来完成的，cd 是一个 C 语言的 API，可以将当前目录切换到指定的路径。有的同学在这里还判断支持了“cd ~”，回到了当前用户的 HOME 路径，这个非常棒，我就没有考虑这种情况了。
对于“ls”命令，我看到有同学是调用了 scandir 方法，获得当前路径下的所有文件列表，再根据每个文件类型，进行了格式化的输出。这个方法非常棒，是一个标准实现。我这里呢，为了显得稍微不一样，通过了 popen 的方法，执行了 ls 的 bash 命令，把 bash 命令的结果通过文件字节流的方式读出，再将该字节流通过套接字传给客户端。我看到有的同学在自己的程序里也是这么做的。
这次的期中大作业，主要考察了客户端 - 服务器编程的基础知识。
客户端程序考察使用 select 多路复用，一方面从标准输入接收字节流，另一方面通过套接字读写，以及使用 shutdown 关闭半连接的能力。
服务器端程序则考察套接字读写的能力，以及对端连接关闭情况下的异常处理等能力。
不过，服务器端程序目前只能一次服务一个客户端连接，不具备并发服务的能力。如何编写一个具备高并发服务能力的服务器端程序，将是我们接下来课程的重点。我们将会重点讲述基于 I/O 多路复用的事件驱动模型，并以此为基础设计一个高并发网络编程框架，通过这个框架，实现一个 HTTP 服务器。挑战和难度越来越高，你准备好了吗?

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解释
总结

本文介绍了期中大作业的题目以及解答剖析。文章首先强调了大作业的目的，即考察如何使用系统API完成cd、pwd、ls等功能，以及对网络编程框架的掌握。接着，文章展示了客户端程序和服务器端程序的代码，并对其进行了详细解析。客户端程序主要考察了使用select多路复用处理标准输入和套接字的能力，以及使用shutdown关闭半连接的能力。而服务器端程序则考察了套接字读写的能力，以及对端连接关闭情况下的异常处理等能力。然后，文章指出了服务器端程序目前只能一次服务一个客户端连接，不具备并发服务的能力，并展望了接下来课程的重点，即基于I/O多路复用的事件驱动模型，设计一个高并发网络编程框架，实现一个HTTP服务器。整体而言，本文通过对客户端-服务器编程的基础知识进行剖析，展示了技术特点，并为读者提供了对网络编程的深入理解和未来学习方向的展望。

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《网络编程实战》，新⼈⾸单¥59

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(￣_￣ )
我用的把dup2把标准输入输出重定向到套接字，用system调用命令
作者回复: 👍
2019-09-20

7
Steiner
为什么select要用两个fd_set来操作,只有一个fd_set会出现什么问题?
作者回复: 因为每次select操作完就会把传入的fd_set修改掉，以便告知应用程序什么样的事件发生了，所以需要一个初始化的fd_set保存感兴趣的待检测fd_set。
2019-09-20

3
LDxy
服务器端程序里面的count++是做何用的？
作者回复: 仅仅是为了计算连接的数量。
2019-09-21

2
骏Jero
老师，有个问题想问下 UDP报文最大长度？之前你的专栏udp那篇的提问，我编写代码在局域网试了下可以达到65507个字节。然后参照往上一些资料有些根据mtu来进行计算，但是为什么实际种事65507而不是mtu 1500字节计算出来的1472字节
作者回复: 你是怎么测试的？贴上代码来看看，很感兴趣的说。
2019-09-20
6
2
Geek_60e402
ls命令我使用的是readdir函数读取当前目录下文件信息，包括文件类型，文件名，列出的文件可以更加个性化一点。
作者回复: 可以的
2021-12-10

1
linker
cd /改变了目录后，ls查看到的还是改变之前的目录里面的东西，pwd可以看到改变之后的，这可能是因为popen没有继承环境变量？
作者回复: 程序有点bug，data数据应该每次都要清零，否则之前的数据有残存在data数据中。不是popen的问题。
2020-03-22
2
1
Geek_Wison
老师您好，上面服务器端代码的free result 你写错地方了，应该写到83行后面，但是你写到了90行了。
作者回复: 是的，两个地方都需要free掉这块内存。
2019-10-08

1
Steiner
对于cd我直接用了chdir,出现Permission denied怎么办
作者回复: 看一下你当前启动程序的user，还有你的目录属主权限，这个说明你当前启动程序的用户不是当前目录的属主，没有权限进行chdir操作。
2019-09-27


沉淀的梦想
测了一些strcmp，好像写大小写敏感的，更接近Java里的equals，而不是equalsIgnoreCase吧？
作者回复: 是的。
2019-09-21


mgxian
可能老师的程序只是为了给我们演示。我发现老师程序主体都在一个main函数写的，没有分开组织成多个小函数，有时 if 的嵌套有点深，其实可以把异常情况直接 return 回去，这样嵌套就会少很多。这样代码也会容易理解一些。
作者回复: 嗯，只是一个演示，你们可以自行优化。拆分成多个函数当然是可以的。
2019-09-20



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