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# 实验05 Linux 网络通信编程
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## 实验目的
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1. 掌握 Socket 编程的基本流程（socket/bind/listen/accept/connect）
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2. 理解 TCP 客户端/服务器模型
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3. 学会实现文件下载和远程 shell 等网络应用
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4. 掌握 HTTP 协议的基本交互方式
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5. 了解静态网页和动态网页的生成原理
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## 涉及知识点
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- Socket 地址结构：`sockaddr_in`、`inet_ntoa`、`htonl`/`htons`
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- TCP 服务器流程：`socket` -> `bind` -> `listen` -> `accept` -> `read/write`
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- TCP 客户端流程：`socket` -> `connect` -> `read/write`
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- HTTP 请求/响应格式
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- 文件传输与 `send`/`recv`
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- 进程与网络 I/O 结合（远程 shell）
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- Wrapper 库辅助函数：`open_listen_sock`、`open_client_sock`
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## 任务一：toggle 服务器测试
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### 任务要求
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测试课程提供的 toggle 服务器和客户端程序，理解基本的 Socket 通信流程。
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### 操作步骤
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```bash
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# 编译
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gcc -o toggles toggle_server.c -L. -lwrapper
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gcc -o togglec toggle_client.c -L. -lwrapper
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# 终端 1：启动服务器
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./toggles 8080
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# 终端 2：启动客户端
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./togglec localhost 8080
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```
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### TCP 服务器基本流程
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```
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socket() -- 创建套接字
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bind() -- 绑定地址和端口
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listen() -- 监听连接
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while(1) {
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accept() -- 接受客户端连接
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read() -- 读取请求
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write() -- 发送响应
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close() -- 关闭连接
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}
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```
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### 常见问题
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| 问题 | 原因 | 解决方法 |
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| `bind` 失败 "Address already in use" | 端口被占用 | 等待几分钟或用 `setsockopt` 设置 `SO_REUSEADDR` |
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| 客户端连接超时 | 服务器未启动或防火墙 | 检查服务器状态和端口是否开放 |
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| 中文乱码 | 编码不一致 | 统一使用 UTF-8 |
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## 任务二：weblet 服务器
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### 任务要求
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测试课程提供的 weblet 服务器，理解 HTTP 请求处理：
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1. 静态网页服务（返回 HTML 文件）
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2. 动态网页生成（CGI 方式）
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### 操作步骤
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```bash
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# 编译
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gcc -o weblet weblet.c -L. -lwrapper
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# 启动 weblet 服务器
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./weblet 8080
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# 在浏览器访问
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# http://localhost:8080/index.html
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# http://localhost:8080/cgi-bin/hello
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```
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### HTTP 请求格式
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```
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GET /index.html HTTP/1.1
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Host: localhost:8080
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Connection: close
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```
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### HTTP 响应格式
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```
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HTTP/1.1 200 OK
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Content-Type: text/html
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Content-Length: 123
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<html>...</html>
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```
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### 常见问题
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| 问题 | 原因 | 解决方法 |
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|------|------|----------|
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| 404 Not Found | 文件路径错误 | 检查 `DocumentRoot` 和请求路径 |
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| 中文乱码 | Content-Type 缺少 charset | 添加 `Content-Type: text/html; charset=utf-8` |
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| 浏览器无法访问 | 防火墙或端口未开放 | 关闭防火墙或开放对应端口 |
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## 任务三：task83s.c / task83c.c —— 文件下载
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### 任务要求
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实现一个简单的文件下载服务：
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- 客户端发送文件名请求
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- 服务器查找文件并返回文件内容
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- 客户端接收并保存到本地
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### 关键代码提示
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**服务器 task83s.c：**
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```c
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#include <stdio.h>
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#include <stdlib.h>
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#include <string.h>
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#include <unistd.h>
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#include <fcntl.h>
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#include <sys/socket.h>
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#include <netinet/in.h>
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#include <arpa/inet.h>
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#define MAXLINE 8192
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int main(int argc, char **argv) {
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if (argc != 2) {
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fprintf(stderr, "用法: %s <端口>\n", argv[0]);
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exit(1);
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}
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int port = atoi(argv[1]);
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||
int listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
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struct sockaddr_in servaddr;
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memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
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||
servaddr.sin_family = AF_INET;
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servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
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||
servaddr.sin_port = htons(port);
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bind(listen_fd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
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||
listen(listen_fd, 5);
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printf("文件下载服务器启动，端口 %d\n", port);
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while (1) {
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struct sockaddr_in cliaddr;
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socklen_t clien = sizeof(cliaddr);
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int conn_fd = accept(listen_fd,
|
||
(struct sockaddr *)&cliaddr, &clien);
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||
printf("客户端 %s:%d 已连接\n",
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inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),
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ntohs(cliaddr.sin_port));
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// 读取文件名
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char filename[MAXLINE];
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int n = recv(conn_fd, filename, MAXLINE - 1, 0);
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filename[n] = '\0';
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// 打开并发送文件
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int file_fd = open(filename, O_RDONLY);
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if (file_fd < 0) {
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send(conn_fd, "FILE_NOT_FOUND", 14, 0);
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} else {
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char buf[MAXLINE];
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while ((n = read(file_fd, buf, MAXLINE)) > 0)
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send(conn_fd, buf, n, 0);
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close(file_fd);
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||
}
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||
|
||
close(conn_fd);
|
||
}
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||
|
||
close(listen_fd);
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return 0;
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}
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```
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**客户端 task83c.c：**
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```c
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#include <stdio.h>
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#include <stdlib.h>
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#include <string.h>
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#include <unistd.h>
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||
#include <fcntl.h>
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||
#include <sys/socket.h>
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#include <netinet/in.h>
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#include <netdb.h>
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#define MAXLINE 8192
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||
int main(int argc, char **argv) {
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||
if (argc != 4) {
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fprintf(stderr, "用法: %s <主机> <端口> <文件名>\n", argv[0]);
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||
exit(1);
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||
}
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// 解析服务器地址
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struct hostent *hp = gethostbyname(argv[1]);
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||
int port = atoi(argv[2]);
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||
int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
|
||
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||
struct sockaddr_in servaddr;
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||
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
|
||
servaddr.sin_family = AF_INET;
|
||
memcpy(&servaddr.sin_addr, hp->h_addr, hp->h_length);
|
||
servaddr.sin_port = htons(port);
|
||
|
||
connect(sock_fd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
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||
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||
// 发送文件名
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||
send(sock_fd, argv[3], strlen(argv[3]), 0);
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// 接收文件内容
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char buf[MAXLINE];
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int n;
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char save_name[256];
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snprintf(save_name, sizeof(save_name), "downloaded_%s", argv[3]);
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||
int out_fd = open(save_name, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
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||
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||
while ((n = recv(sock_fd, buf, MAXLINE, 0)) > 0) {
|
||
write(out_fd, buf, n);
|
||
}
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||
close(out_fd);
|
||
close(sock_fd);
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||
printf("文件已下载为 %s\n", save_name);
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return 0;
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||
}
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```
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### 常见问题
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| 问题 | 原因 | 解决方法 |
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|------|------|----------|
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| 下载的文件不完整 | `send`/`recv` 短传 | 循环发送/接收，检查返回值 |
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| 文件名含路径 | 安全隐患 | 生产环境应过滤 `..` 等路径遍历 |
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| 大文件传输失败 | 缓冲区不够大 | 分块传输，每块用 `send` 发送 |
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## 任务四：task84s.c / task84c.c —— 远程 shell
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### 任务要求
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实现一个远程 shell 服务：
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- 客户端发送 shell 命令
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- 服务器执行命令并返回输出结果
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- 客户端显示命令输出
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### 关键代码提示
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**服务器 task84s.c：**
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```c
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#include <stdio.h>
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||
#include <stdlib.h>
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||
#include <string.h>
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#include <unistd.h>
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#include <sys/socket.h>
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#include <netinet/in.h>
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||
#include <arpa/inet.h>
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||
#define MAXLINE 8192
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||
int main(int argc, char **argv) {
|
||
if (argc != 2) {
|
||
fprintf(stderr, "用法: %s <端口>\n", argv[0]);
|
||
exit(1);
|
||
}
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||
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||
int port = atoi(argv[1]);
|
||
int listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
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||
struct sockaddr_in servaddr;
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||
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
|
||
servaddr.sin_family = AF_INET;
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servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
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||
servaddr.sin_port = htons(port);
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int optval = 1;
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setsockopt(listen_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR,
|
||
&optval, sizeof(optval));
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||
bind(listen_fd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
|
||
listen(listen_fd, 5);
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||
printf("远程 shell 服务器启动，端口 %d\n", port);
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||
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||
while (1) {
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struct sockaddr_in cliaddr;
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||
socklen_t clien = sizeof(cliaddr);
|
||
int conn_fd = accept(listen_fd,
|
||
(struct sockaddr *)&cliaddr, &clien);
|
||
printf("客户端 %s 已连接\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr));
|
||
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||
// 用 dup2 将命令输出重定向到 socket
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if (fork() == 0) {
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||
close(listen_fd);
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dup2(conn_fd, STDOUT_FILENO);
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||
dup2(conn_fd, STDERR_FILENO);
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||
char cmd[MAXLINE];
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int n;
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while ((n = recv(conn_fd, cmd, MAXLINE - 1, 0)) > 0) {
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cmd[n] = '\0';
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||
// 去除换行符
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if (cmd[n - 1] == '\n') cmd[n - 1] = '\0';
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system(cmd);
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}
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exit(0);
|
||
}
|
||
close(conn_fd);
|
||
}
|
||
|
||
close(listen_fd);
|
||
return 0;
|
||
}
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||
```
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||
|
||
**客户端 task84c.c：**
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|
||
```c
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||
#include <stdio.h>
|
||
#include <stdlib.h>
|
||
#include <string.h>
|
||
#include <unistd.h>
|
||
#include <sys/socket.h>
|
||
#include <netinet/in.h>
|
||
#include <netdb.h>
|
||
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#define MAXLINE 8192
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||
|
||
int main(int argc, char **argv) {
|
||
if (argc != 3) {
|
||
fprintf(stderr, "用法: %s <主机> <端口>\n", argv[0]);
|
||
exit(1);
|
||
}
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|
||
struct hostent *hp = gethostbyname(argv[1]);
|
||
int port = atoi(argv[2]);
|
||
|
||
int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
|
||
|
||
struct sockaddr_in servaddr;
|
||
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
|
||
servaddr.sin_family = AF_INET;
|
||
memcpy(&servaddr.sin_addr, hp->h_addr, hp->h_length);
|
||
servaddr.sin_port = htons(port);
|
||
|
||
connect(sock_fd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
|
||
printf("已连接到 %s:%d\n", argv[1], port);
|
||
|
||
char cmd[MAXLINE];
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||
while (1) {
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||
printf("remote> ");
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fflush(stdout);
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||
if (fgets(cmd, sizeof(cmd), stdin) == NULL) break;
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send(sock_fd, cmd, strlen(cmd), 0);
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// 接收输出
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char buf[MAXLINE];
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int n;
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// 简单方式：等待并读取（生产环境需要更复杂的协议）
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usleep(100000); // 等待服务器执行
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while ((n = recv(sock_fd, buf, MAXLINE - 1, MSG_DONTWAIT)) > 0) {
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buf[n] = '\0';
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printf("%s", buf);
|
||
}
|
||
}
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||
|
||
close(sock_fd);
|
||
return 0;
|
||
}
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```
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### 常见问题
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| 问题 | 原因 | 解决方法 |
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| 命令输出不完整 | `recv` 时机不确定 | 使用长度前缀协议或特殊结束标记 |
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| 服务器僵尸进程 | 未处理 `SIGCHLD` | 注册 `SIGCHLD` handler 用 `waitpid` 回收 |
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| 安全风险 | `system()` 执行任意命令 | 仅用于实验，生产环境需严格限制命令 |
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## 实验总结
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通过本实验，应掌握以下能力：
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1. 使用 Socket API 实现 TCP 客户端/服务器
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2. 理解 HTTP 协议的基本请求/响应格式
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3. 实现文件下载服务，理解数据传输流程
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4. 实现远程 shell，理解 I/O 重定向与网络结合
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5. 掌握 `dup2` 在网络编程中的应用
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