分布式系统实验报告.docx
《分布式系统实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《分布式系统实验报告.docx（38页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
分布式系统实验报告
分布式系统实验报告
中南大学
分布式系统实验报告
（我选做4题，按住ctrl点击目录条可直达，wps下有效）
实验一数据包socket应用
一、实验目的
1.理解数据包socket的应用
2.实现数据包socket通信
3.了解Java并行编程的基本方法
二、预习与实验要求
1.预习实验指导书及教材的有关内容，了解数据包socket的通信原理；
2.熟悉一种javaIDE和程序开发过程；
3.了解下列JavaAPI：
Thread、Runnable；
4.尽可能独立思考并完成实验。
三、实验环境
a）独立计算机或计算机网络；
b）Windows操作系统。
c）Jdk工具包
d）JCreatororothers
四、实验原理
1.分布式计算的核心是进程通信。
操作系统、网卡驱动程序等应用从不同抽象层面提供了对进程通信的支持，例如
Winsock、.*。
SocketAPI是一种作为IPC提供对系统低层抽象的机制。
尽管应用人
员很少需要在该层编写代码，但理解socketAPI非常重要，因为：
1，高层设施是构建于socket
API之上的，即他们是利用socketAPI提供的操作来实现；2，对于以响应时间要求较高或
运行于有限资源平台上的应用来说，socketAPI可能是最适合的。
在Internet网络协议体系结构中，传输层上有UDP和TCP两种主要协议，UDP允许在
传送层使用无连接通信传送，被传输报文称为数据包。
（是否存在面向连接的数据包
socket？
）因此数据包socket是基于UDP的不可靠IPC。
Java为数据包socketAPI提供两个类：
（1）针对socket的datagramSocket类
（2）针对数据包交换的datagramPacket类
希望使用该API发送和接收数据的进程须实例化一个datagramSocket对象，每个socekt
被绑定到该进程所在及其的某个UDP端口上。
为了向其他进程发送数据包，进程必须创建
一个代表数据包本身的对象。
该对象通过实例化一个datagramsocket对象创建。
在接收者进程中，datagramPacket对象也必须被实例化并绑定到一个本地端口上，该端
口必须与发送者数据包的定义一致。
接收进程创建一个指向字节数组的DatagramPacket，并
调用datagramSocket对象的receive方法，将DatagramPacket对象指针作为参数定义。
2.并行编程（以Java为例1）
一个线程是比进程更小的执行粒度。
Java虚拟机允许应用程序有多个执行线程同时运
行。
有两种方法来创建一个新线程的执行。
一个是声明一个类是一个线程的子类。
这个子类
应重写Thread类的run方法。
一个子类的实例可以被分配和启动。
另一种方法创建一个线
程，并同时声明一个类实现了Runnable接口（这个类要实现run方法）。
一个类的实例可以
被分配并作为参数传递给创建的线程，并启动线程。
例如：
u创建一个类是Thread的子类：
classSomeThreadextendsThread{
SomeThread（）{
}
publicvoidrun（）{
...
}
}
SomeThreadp=newSomeThread（）;
p.start（）;
u创建一个实现Runnable接口的类并传递给线程：
classSomeRunimplementsRunnable{
SomeRun（）{
}
publicvoidrun（）{
...
}
}
SomeRunp=newSomeRun（143）;
newThread（p）.start（）;
当一个实现Runnable接口的类被执行时，可以没有子类。
实例化一个Thread实例，并
通过自身作为目标线程。
在大多数情况下，如果你只打算重写的run（）方法，并没有其它的线程方法，应使用Runnable接口。
因为类不应该被继承，除非程序员有意修改或增强类
的基本行为。
五、实验内容
1.构建客户端程序
（1）构建datagramSocket对象实例
（2）构建DatagramPacket对象实例，并包含接收者主机地址、接收端口号等信息
（3）调用datagramSocket对象实例的send方法，将DatagramPacket对象实例作为参
数发送。
2.构建服务器端程序
（1）构建datagramSocket对象实例，指定接收的端口号。
（2）构建DatagramPacket对象实例，用于重组接收到的消息。
（3）调用datagramSocket对象实例大家receive方法，进行消息接收，并将
DatagramPacket对象实例作为参数。
六、实验报告
1.客户端和服务器端程序的伪代码；
客户端：
importjava.io.IOException;
import.DatagramPacket;
import.DatagramSocket;
import.InetAddress;
importjava.util.Scanner;
publicclassClient{
publicstaticvoidmain（String[]args）throwsIOException
{
//创建一个客户端DatagramSocket，使用随机端口
DatagramSocketsocket=newDatagramSocket（）;
//初始化发送用的DatagramSocket，它包含一个长度为0的字节数组
DatagramPacketoutPacket=newDatagramPacket（newbyte[0],0
InetAddress.getByName（"127.0.0.1"）,30000）;
//定义接收网络数据的字节数组
byte[]inBuff=newbyte[4096];
DatagramPacketinPacket=newDatagramPacket（inBuff,inBuff.length）;
//创建键盘输入流
Scannerscan=newScanner（System.in）;
//不断地读取键盘输入
while（scan.hasNextLine（））
{
//将键盘输入的一行字符串转换成字节数组
byte[]buff=scan.nextLine（）.getBytes（）;
//设置发送用的DatagramPacket中的字节数据
outPacket.setData（buff）;
//发送数据报
socket.send（outPacket）;
//读取Socket中的数据，读到的数据放在inPacket所封装的字节数组中
socket.receive（inPacket）;
System.out.println（newString（inBuff,0,inPacket.getLength（）））;
}
}
}
服务端：
importjava.io.IOException;
import.DatagramPacket;
import.DatagramSocket;
publicclassServices{
publicstaticvoidmain（String[]args）throwsIOException
{
//定义接收网络数据的字节数组
byte[]inBuff=newbyte[4096];
//创建DatagramSocket对象
DatagramSocketsocket=newDatagramSocket（30000）;
//以指定字节数组创建准备接收数据的DatagramPacket对象
DatagramPacketinPacket=newDatagramPacket（inBuff,inBuff.length）;
Stringmessage="消息已经收到！
";
while（true）{
socket.receive（inPacket）;
//将接收到的内容转换成字符串后输出
System.out.println（newString（inBuff,0,inPacket.getLength（）））;
//从字符串数组中取出一个元素作为发送数据
byte[]sendData=message.getBytes（）;
//以指定的字节数组作为发送数据，以刚接收到的DatagramPacket的
//源SocketAddress作为目标SocketAddress创建DatagramPacket
//定义一个用于发送的DatagramPacket对象
DatagramPacketoutPacket=newDatagramPacket（sendData
sendData.length,inPacket.getSocketAddress（））;
//发送数据
socket.send（outPacket）;
}
}
}
2.试验过程中的问题和解决途径；
问题：
对于DatagramPacket、DatagramSocket不怎么了解
解决途径：
查阅JDKapi文档
3.实验结果：
服务端：
客户端1：
客户端2：
七、思考题
1.如何避免数据包丢失而造成的无限等待问题？
答：
我认为可在发包时设定一个定时器，若发出去的包在一定时间内没有收到答应，则再发一次。
为了避免接受者接到重复的包，可以给数据包加个序号，接受者收包时查看序号即可。
2.如何实现全双工的数据包通信？
答：
利用端口套接字之间的通信功能。
实验二流式socket应用
一、实验目的
1.理解流式socket的原理
2.实现流式socket通信
二、预习与实验要求
1.预习实验指导书及教材的有关内容，了解流式socket的通信原理；
2.熟悉java环境和程序开发过程；
3.尽可能独立思考并完成实验。
三、实验环境
a）独立计算机；
b）Windows操作系统;
c）Jdk工具包
四、实验原理
SocketAPI是一种作为IPC提供低层抽象的机制。
尽管应用人员很少需要在该层编写代
码，但理解socketAPI非常重要，因为：
1，高层设施是构建于socketAPI之上的，即他们
是利用socketAPI提供的操作来实现；2，对于以响应时间要求较高或运行于有限资源平台
上的应用来说，socketAPI可能是最适合的。
在Internet网络协议体系结构中，传输层上有UDP和TCP两种主要协议，UDP允许使
用无连接通信传送，被传输报文称为数据包。
而TCP则允许面向连接的可靠通信，这种IPC
称为流式socket。
Java为流式socketAPI提供两类socket
（1）式用于连接的连接socket
（2）式用于数据交换的数据socket。
五、实验内容
1.构建客户端程序和服务器端程序都需要的MystreamSocket类，定义继承自javaSocket
的sendMessage和receiveMessage方法
2.构建客户端程序
（1）创建一个MyStreamsocket的实例对象，并将其指定接收服务器和端口号
（2）调用该socket的receiveMessage方法读取从服务器端获得的消息
3.构建服务器端程序
（1）构建连接socket实例，并与指定的端口号绑定，该连接socket随时侦听客户
端的连接请求
（2）创建一个MyStreamsocket的实例对象
（3）调用MyStreamsocket的实例对象的sendMessage方法，进行消息反馈。
六、实验报告
1.应用程序的结构图，说明程序之间的关系；
2.程序的伪代码。
公用服务功能MystreamSocket.java：
import.*;
importjava.io.*;
publicclassMystreamSocketextendsSocket{
privateSocketsocket;
privateBufferedReaderinput;
privatePrintWriteroutput;
//客户端的构造方法
MystreamSocket（InetAddressacceptorHost,
intacceptorPort）throwsSocketException,IOException{
socket=newSocket（acceptorHost,acceptorPort）;
setStreams（）;
}
//服务端的构造方法
MystreamSocket（Socketsocket）throwsIOException{
this.socket=socket;
setStreams（）;
}
//设置输出输入流
privatevoidsetStreams（）throwsIOException{
InputStreaminStream=socket.getInputStream（）;
input=newBufferedReader（newInputStreamReader（inStream））;
OutputStreamoutStream=socket.getOutputStream（）;
output=newPrintWriter（newOutputStreamWriter（outStream））;
}
//发送消息
publicvoidsendMessage（Stringmessage）throwsIOException{
output.println（message）;
output.flush（）;
}
//接收消息
publicStringreceiveMessage（）throwsIOException{
Stringmessage=input.readLine（）;
returnmessage;
}
//关闭所有打开的东西
publicvoidcloseAll（）{
try{
if（input!
=null）input.close（）;
if（output!
=null）output.close（）;
if（socket!
=null）socket.close（）;
}catch（IOExceptione）{
//TODO自动生成的catch块
e.printStackTrace（）;
}
}
}
客户端Client.java：
importjava.io.IOException;
import.InetAddress;
publicclassClient{
publicstaticvoidmain（Stringargs[]）{
try{
InetAddresshostname=InetAddress.getByName（"localhost"）;
MystreamSocketmss=newMystreamSocket（hostname,12345）;
mss.sendMessage（"我是客户端，我请求连接！
"）;
System.out.println（mss.receiveMessage（））;
mss.close（）;
}catch（IOExceptione）{
//TODO自动生成的catch块
e.printStackTrace（）;
}
}
}
服务端Services.java：
importjava.io.IOException;
import.ServerSocket;
import.Socket;
publicclassServices{
publicstaticvoidmain（Stringargs[]）{
try{
ServerSocketservices=newServerSocket（12345）;
Socketsocket;
while（true）{
//监听端口看是否有连接请求
socket=services.accept（）;
//多线程处理连接请求
newServicesThread（socket）.start（）;
}
}catch（IOExceptione）{
//TODO自动生成的catch块
e.printStackTrace（）;
}
}
}
服务端多线程实现ServicesThread.java：
importjava.io.IOException;
import.Socket;
publicclassServicesThreadextendsThread{
Socketsocket;
ServicesThread（Socketsocket）{
this.socket=socket;
}
publicvoidrun（）{
try{
MystreamSocketmss=newMystreamSocket（socket）;
System.out.println（mss.receiveMessage（））;
mss.sendMessage（"消息已收到！
"）;
mss.closeAll（）;
}catch（IOExceptione）{
//TODO自动生成的catch块
e.printStackTrace（）;
}
}
}
七、思考题
1.如何实现全双工的流式socket通信？
答：
服务端监听端口，每当有一个连接请求发来时，就与其建立新的连接，然后利用其提供的功能进行通信。
2.如何实现安全socketAPI？
答：
注意在通信过程中的各种异常情况的捕获与处理。
3.如何实现1对多的并发？
答：
在服务端使用多线程。
实验三客户/服务器应用开发
一、实验目的
1.验证daytime和echo程序，
2.实现包socket支撑的C/S模式IPC机制
3.实现流式socket支撑的C/S模式IPC机制
二、预习与实验要求
1.预习实验指导书及教材的有关内容，了解daytime和echo要提供的具体服务内容；
2.复习包socket和流式socket的实现原理；
3.实验前认真听讲，服从安排。
尽可能独立思考并完成实验。
三、实验环境
a）独立计算机；
b）Windows操作系统。
c）Jdk工具包
四、实验原理
C/S模式是主要的分布式应用范型，其设计的目的是提供网络服务。
网络服务指如
daytime、telnet、ftp和WWW之类的允许网络用户共享资源的服务。
要构建C/S范型的应用就必须解决以下一些关键问题：
（1）如何通过会话实现多个用户的并发问题
（2）如何定义客户和服务器在服务会话期间必须遵守的协议
（3）服务定位问题
（4）进程间通信和事件同步问题：
语法、语义和响应
（5）数据表示问题
在解决了这些问题的基础上，C/S范型必须遵从3层结构的软件体系结构：
（1）表示层，提供与客户端进行交互的界面
（2）应用逻辑层，定义服务器和客户端要处理的主要事务的业务逻辑
（3）服务层，定义应用逻辑层所需要的底层支持技术，例如定义其IPC机制里的
receive方法和send方法等。
五、实验内容
1.构建用数据包socket实现的daytime客户端程序
（1）构建表示层程序DaytimeClient1.java
（2）构建应用逻辑层程序DaytimeHelper1.java
（3）构建服务层程序MyClientDatagramSocket.java
2.构建用数据包socket实现的daytime服务器端程序
（1）构建表示层和应用逻辑层程序DaytimeServer1.java
（2）构建服务层程序MyServerDatagramSocket.java
（3）构建服务层程序MyServerDatagramSocket.java所需要的下层程序
DatagramMessage.java（它封装了客户端的消息和地址）
3.构建用流式socket实现的daytime应用程序包
4.构建用数据包socket实现的echo应用程序包
5.构建用流式socket实现的echo应用程序包
六、实验报告
1.用数据包socket实现的daytime应用程序包的构架，列明各程序之间的关系；
客户端：
服务端：
代码：
客户端：
DaytimeClient1.java
importjava.io.*;
publicclassDaytimeClient1{
publicstaticvoidmain（String[]args）{
InputStreamReaderis=newInputStreamReader（System.in）;
BufferedReaderbr=newBufferedReader（is）;
try{
System.out.println（"WelcometotheDaytimeclient.\n"+
"Whatisthenameoftheserverhost"）;
升级会员 