Файл: ZAOCH_KR_2l.doc

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА НА ТЕМУ ПРОГРАММИРОВАНИЕ

СЕТЕВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОМПЬЮТЕРОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНТЕРФЕЙСА СОКЕТОВ В СРЕДЕ ОС Linux Fedora12.

Задание1:

-Создать программы клиента и сервера для передачи бинарных файлов произвольного размера между компьютерами одной локальной сети с использованием интерфейса сокетов межпроцессного взаимодействия в ос Fedora12 .

-В качестве протокола сетевого уровня использовать IP, а в качестве протокола транспортного уровня использовать TCP.

-При этом необходимо реализовать возможность обращения клиента к серверу как по IP адресу, так и по имени компьютера.

-Реализовать работу сокета (по желанию – либо на клиенте, либо на сервере ) в блокирующем и неблокирующем режимах.

Задание2:

-Создать программы клиента и сервера для передачи бинарных файлов произвольного размера между компьютерами одной локальной сети с использованием интерфейса сокетов межпроцессного взаимодействия в ос Fedora12.

-В качестве протокола сетевого уровня использовать IP, а в качестве протокола транспортного уровня использовать UDP.

-При этом необходимо реализовать возможность широковещательной рассылки файлов всем компьютерам локальной сети.

Замечания:

-В обоих случаях исходные тексты как программы клиента, так и программы сервера должны состоять по крайней мере из двух файлов- в одном, из которых собраны функции работы с файлами, а в другом все остальное.

-При компиляции программ из нескольких файлов использовать утилиту make и создать соответствующий Makefile.

-Обслуживание входящих запросов на соединение на сервере должен обслуживать один процесс, а после установления соединения с клиентом, обмен данными с клиентом должен осуществлять параллельно дочерний процесс.

Отчет:

Отчет состоит из двух частей – записки и практической части.

Записка должна содержать следующие основные пункты:

1. Диаграммы системных вызовов при взаимодействии клиента и сервера с использованием протоколов транспортного уровня TCP и UDP.

2. Схемы алгоритмов программ клиента и сервера.

3. Исходные тексты программ клиента и сервера.

4. Текст makefile для компиляции программ клиента и сервера.

В практической части студент должен продемонстрировать:

1. Создание из исходных текстов исполнимых файлов клиента и сервера при помощи созданного файла makefile и утилиты make.

2. Продемонстрировать работу клиента и сервера соответствии с заданием.

Кто по списку группы имеет нечётный номер выполняет Задание1, остальные выполняют Задание2.

Литература:

1. Ш.Уолтон. Создание сетевых приложений в среде Linux. Руководство разработчика.-Москва,Санкт-Петербург,Киев 2001.

2. А.Робачевский. Операционная система UNIX. – Москва, Санкт-Петербург,Киев 1997.

3. Make.info.’The GNU Make Manual’, Version 3.79. April 2000

Приложение1.

Основы компиляции программ в ОС Linux.

Компилятор превращает код программы на "человеческом" языке в объектный код понятный компьютеру. Компиляторов под Linux существует много, практически для каждого распространенного языка. Большинство самых востребованных компиляторов входит в набор GNU Compiler Collection, известных под названием GCC.

Изначально аббревиатура GCC имела смысл GNU C Compiler, но в апреле 1999 года сообщество GNU решило взять на себя более сложную миссию и начать создание компиляторов для новых языков с новыми методами оптимизации, поддержкой новых платформ, улучшенных runtime-библиотек и других изменений. Поэтому сегодня коллекция содержит в себе компиляторы для языков C, C++, Objective C, Chill, Fortran, Ada и Java, как библиотеки для этих языков (libstdc++, libgcj, ...).

Компиляция программ производится командой:

gcc <имя_файла>

После этого, если процесс компиляции пройдет успешно, то вы получите загружаемый файл a.out, запустить который можно командой:

./a.out

Для примера давайте напишем маленькую простейшую программку:

#include <stdio.h>

int main(){

printf("[http://linux.firststeps.ru]\n");

printf("Our first program for Linux.\n");

return 0;

};

И запустим ее:

Любой компилятор по умолчанию снабжает объектный файл отладочной информацией. Компилятор gcc также снабжает файл такой информацией и на результат вы можете посмотреть сами. При компиляции проекта из предыдущего шага у нас появился файл a.out размером 11817 байт (возможно у вас он может быть другого размера).

Вся эта отладочная информация предназначается для отладки программы отладчиком GNU Debugger. Запустить его вы можете командой:

gdb a.out

При этом запустится отладчик и наша скомпилированная программа. Об отладке мы с вами поговорим отдельно и более подробно.

Компилятор gcc может создавать отладочную информацию в различных объемах и форматах, контролировать которые можно специальными ключами. Посмотреть их подробное описание можно командой man gcc:

Debugging Options

-a -dletters -fpretend-float -g -glevel -gcoff

-gxcoff -gxcoff+ -gdwarf -gdwarf+ -gstabs -gstabs+

-ggdb -p -pg -save-temps -print-file-name=library

-print-libgcc-file-name -print-prog-name=program

Ключ -g создает отладочню информацию в родном для операционной системы виде, он выбирает между несколькими форматами: stabs, COFF, XCOFF или DWARF. На многих системах данный ключ позволяет использовать специальную информацию, которую умеет использовать только отладчик gdb. Другие ключи позволяют более тонко контролировать процесс встраивания отладочной информации.

Ключ -ggdb включает в исполняемый файл отладочную информацию в родном для ОС виде и дополняет ее специализированной информацией для отладчика gdb.

Ключ -gstabs создает отладочную информацию в формате stabs без дополнительных расширений gdb. Данный формат используется отладчиком DBX на большинстве BSD систем. Ключ -gstabs+ дополняет отладочную информацию расширенниями понятными отладчику gdb.

Ключ -gcoff создает отладочную информацию в формате COFF, которая используется отладчиком SDB на большинстве систем System V до версии System V R4.

Ключ -gxcoff снабжает файл информацией в формате XCOFF, который используется отладчиком DBX на системах IBM RS/6000. Использование -gxcoff+ влкючает использование дополнительной информации для gdb.

Ключ -gdwarf добавляет инфомацию в формате DWARF приняотм в системе System V Release 4. Соответственно ключ -gdwarf+ прибавляет возможностей отладчику gdb.

Добавление к этим ключам в конце цифры позволяет увеличить или уменьшить уровень отладки, т.е. управлять размером требуемой отладочной информации. Например ключ:

gcc -g3 ...

Увеличит уровень отладки до 3, по умолчанию он равен 2. При первом уровне отладки компилятор включает в файл минимальное количество отладочной информации достаточное для отладки частей программы, которые вы не планировли отлаживать. В эту информацию входит описание функций и внешних переменных, но не включается информация об локальных переменных и номерах строк исходного текста. Второй уровень - это уровень по умолчанию, включает в файл большинство нужной отладочной информации. Третий уровень позволяет добавить экстра-информацию, такую как определения присутствующих в программе макросов.

Отладочная информация может значительно увеличить объем вашего файла (в три-четыре раза). Для создания программ "релизов" существует отдельная программа, позволяющая удалить отладочную информацию из запускаемого файла. Называется эта программа strip. Для того, чтобы полностью очистить файл от отладочной информации, требуется вызвать ее с ключом -s:

strip -s a.out

Обычно простые программы состоят из одного исходного файла. Дело обстоит несколько сложнее, если эта программа становится большой. При работе с такой программой может возникнуть несколько достаточно серьезных проблем:

• Файл, становясь большим, увеличивает время компиляции, и малейшие изменения в исходном тексте автоматически вынуждают тратить время программиста на перекомпиляцию программы.

• Если над программой работает много человек, то практически невозможно отследить сделанные изменения.

• Процесс правки и само ориентирование при большом исходном тексте становится сложным и поиск небольшой ошибки может повлечь за собой вынужденное "изучение" кода заново.

Это далеко не все пробемы, которые могут возникнуть при наличии программы "монстра". Поэтому при разработке программ рекомендуется их разбивать на куски, которые функционально ограничены и закончены. В этом значительно помогает сам язык C++, предоставляя свой богатый синтаксис.

Для того, чтобы вынести функцию или переменную в отдельный файл надо перед ней поставить зарезервированное слово extern. Давайте для примера создадим программу из нескольких файлов. Сначала создадим главную программу, в которой будут две внешние процедуры. Назовем этот файл main.c:

#include <stdio.h>

// описываем функцию f1() как внешнюю

extern int f1();

// описываем функцию f2() как внешнюю

extern int f2();

int main()

{

int n1, n2;

n1 = f1();

n2 = f2();

printf("f1() = %d\n",n1);

printf("f2() = %d\n",n2);

return 0;

}

Теперь создаем два файла, каждый из которых будет содержать полное определение внешней функции из главной программы. Файлы назовем f1.c и f2.c:

// файл f1.c

int f1()

{

return 2;

}

// файл f2.c

int f2()

{

return 10;

}

После этого процесс компиляции программы с помощью gcc будет выглядеть несколько иначе от описанного при компиляции одного файла. Компилировать можно все файлы одновременно одной командой, перечисляя составные файлы через пробел после ключа -c:

gcc -c main.c f1.c f2.c

Или каждый файл в отдельности:

gcc -c f1.c

gcc -c f2.c

gcc -c main.c

В результате работы компилятора мы получим три отдельных объектных файла:

main.o

f1.o

f2.o

Чтобы их собрать в один файл с помощью gcc надо использовать ключ -o, при этом линкер соберет все файлы в один:

gcc main.o f1.o f2.o -o rezult

В результате вызова полученной программы rezult командой:

./rezult

На экране появится результат работы:

dron:~# ./rezult

f1() = 2

f2() = 10

dron:~#

Теперь, если мы изменим какую-то из процедур, например f1():

int f1()

{

return 25;

}

То компилировать заново все файлы не придется, а понадобится лишь скомпилировать измененный файл и собрать результирующий файл из кусков:

dron:~# gcc -c f1.c

dron:~# gcc main.o f1.o f2.o -o rezult2

dron:~# ./rezult2

f1() = 25

f2() = 10

dron:~#

Таким образом можно создавать большие проекты, которые больше не будут отнимать много времени на компиляцию и поиск ошибок. Однако помните, не стоит также черезчур разбивать программу, иначе у Вас получится несколько десятков файлов, в которых Вы сами рано или поздно запутаетесь. Найдите "золотую середину", например в отдельные файлы помещайте те функции или классы, с которыми Вам приходится больше всего работать при отладке. После того, как функция будет окончательно отлажена, ее вполне можно перенести в более крупный файл.

Если каждая функция будет содержаться в отдельном файле, то таких файлов может оказаться десятки или даже сотни. Управлять таким количеством файлов очень сложно. Для этого был придуман механизм создания библиотек объектных файлов.

Библиотека объектных файлов - это файл содержащий несколько объектных файлов, которые будут использоваться вместе в стадии линковки программы. Нормальная библиотека содержит символьный индекс, который состоит из названий функций и переменных и т.д., которые содержатся в библиотеке. Это позволяет ускорить процесс линковки программы, так как поиск функций и переменных в объектных файлах библиотеки происходит намного быстрее, чем поиск в наборе указанных объектных файлов. Поэтому использование библиотеки позволяет компактно хранить все требуемые объектные файлы в одном месте, и при этом значительно повысить скорость компиляции.

Объектные библиотеки по способу использования разделяются на два вида:

• Статические библиотеки

• Динамические библиотеки

Статическая библиотека - это коллекция объектных файлов, которые присоединяются к программе во время линковки программы. Таким образом статические библиотеки используются только при создании программы. Потом в работе самой программы они не принимают участие, в отличие от динамических библиотек.

Динамическая библиотека - это созданная специальным образом библиотека, которая присоединяется к результирующей программе в два этапа. Первый этап, это естественно этап компиляции. На этом этапе линковщик встраивает в программу описания требуемых функций и переменных, которые присутствуют в библиотеке. Сами объектные файлы из библиотеки не присоединяются к программе. Присоединение этих объектных файлов (кодов функций) осуществляет системный динамический загрузчик во время запуска программы. Загрузчик проверяет все библиотеки прилинкованные к программе на наличие требуемых объектных файлов, затем загружает их в память и присоединяет их в копии запущенной программы, находящейся в памяти.

Сложный процесс загрузки динамических библиотек замедляет запуск программы, но у него есть существенный, даже можно сказать неоценимый плюс - если другая запускаемая программа линкована с этой же загруженной динамической библиотекой, то она использует туже копию библиотеки. Это означает, что требуется гораздо меньше памяти для запуска нескольких программ, сами загрузочные файлы меньше по размеру, что экономит место на дисках.

Однако существует определенная особенность, если Вы модифицируете динамическую библиотеку и попытаетесь ее использовать при запуске программы, то если загрузчик обнаружит уже загруженную старую библиотеку он будет упорно использовать ее функции. При этом Вы так и не сможете загрузить новую версию библиотеки. Но есть пути решения этой проблемы, и мы познакомимся с ними позже.

Для начала стоит сказать, что объектный файл создаваемый нашим проверенным способом вовсе не подходит для динамических библиотек. Связано это с тем, что все объектные файлы создаваемые обычным образом не имеют представления о том в какие адреса памяти будет загружена использующая их программа. Несколько различных программ могут использовать одну библиотеку, и каждая из них располагается в различном адресном пространстве. Поэтому требуется, чтобы переходы в функциях библиотеки (операции goto на ассемблере) использовали не абсолютную адресацию, а относительную. То есть генерируемый компилятором код должен быть независимым от адресов, такая технология получила название PIC - Position Independent Code. В компиляторе gcc данная возможность включается ключом -fPIC.

Теперь компилирование наших файлов будет иметь вид:

dron:~# gcc -fPIC -c f1.c

dron:~# gcc -fPIC -c f2.c

Динамическая библиотека это уже не архивный файл, а настоящая загружаемая программа, поэтому созданием динамических библиотек занимается сам компилятор gcc. Для того, чтобы создать динамическую библиотеку надо использовать ключ -shared:

dron:~# gcc -shared -o libfsdyn.so f1.o f2.o

В результате получим динамическую библиотеку libfsdyn.so: Теперь, чтобы компилировать результирующий файл с использованием динамической библиотеки нам надо собрать файл командой: