分布式系统实验指导书.docx
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分布式系统实验指导书
《分布式系统》
实验指导书
闻晓
计算机与信息科学学院
2010年3月
目录
实验一数据包socket应用1
实验二流式socket应用3
实验三客户/服务器应用开发5
实验四RMIAPI7
实验五Internet应用9
实验一数据包socket应用
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
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.实验前认真听讲，服从安排。
尽可能独立思考并完成实验。
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
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）
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：
◆创建一个类是Thread的子类：
classSomeThreadextendsThread{
SomeThread（）{
}
publicvoidrun（）{
...
}
}
SomeThreadp=newSomeThread（）;
p.start（）;
◆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。
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。
实验报告
1.客户端和服务器端程序的伪代码；
2.试验过程中的问题和解决途径；
3.上机完成P128-P130之5、6、7三题并填写实验报告。
（请参考第一章习题2）
思考题
1.如何避免数据包丢失而造成的无限等待问题？
2.如何实现全双工的数据包通信？
实验二流式socket应用
实验目的
1.理解流式socket的原理
2.实现流式socket通信
预习与实验要求
3.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；
4.熟悉java环境和程序开发过程；
5.实验前认真听讲，服从安排。
尽可能独立思考并完成实验。
实验环境
a）独立计算机；
b）Windows操作系统;
c）Jdk工具包
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。
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。
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。
思考题
1.如何实现全双工的流式socket通信？
2.如何实现安全socketAPI？
3.如何实现1对多的并发？
实验三客户/服务器应用开发
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
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。
实验环境
a）独立计算机；
b）Windows操作系统。
c）Jdk工具包
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。
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
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；
2.用流式socket实现的daytime应用程序包的构架，列明各程序之间的关系；
3.用数据包socket实现的echo应用程序包的构架，列明各程序之间的关系；
4.用流式socket实现的echo应用程序包的构架，列明各程序之间的关系。
思考题
1.如何实现有状态服务器的状态信息的维护？
实验四RMIAPI
实验目的
1.了解JavaRMI体系结构，
2.学会用RMIAPI开发C/S模式的应用程序
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RMI技术原理；
2.实验前认真听讲，服从安排。
尽可能独立思考并完成实验。
实验环境
a）独立计算机；
b）Windows操作系统。
c）Jdk工具包
实验原理
RMI技术是分布式对象范型的一个实例，是RPC技术的扩展。
在JavaRMI体系结构中，客户及服务器都提供三层抽象。
1.客户端体系结构
（1）stub层：
负责解释客户程序发出的远程方法调用；然后将其转发到下一层
（2）远程引用层：
解释和管理客户发出的到远程服务对象的引用，并向下一层即传输层发起IPC操作，从而将方法调用传送给远程主机
（3）传输层：
基于TCP协议
2.服务器端体系结构
（1）skeleton层：
负责与客户端stub进行交互
（2）远程引用层：
管理源于客户端的远程引用，并将其转换成能被skeleton层理解的本地引用
（3）传输层：
与客户端体系结构一样，面向传输层。
实验内容
1.开发服务器端软件
（1）为该应用的所有待生成文件创建一个目录
（2）在someInterface.java中定义远程服务器接口。
编译并修改程序，直到不再有任何语法错误
（3）SomeImpl.java中实现接口，编译并修改程序，直到不再有任何语法错误
（4）使用RMI编译器rmic处理实现类，生成远程对象的stub文件和skeleton文件
RmicSomeImpl
（5）创建对象服务器程序SomeServer.java，编译并修改程序，直到不再有任何语法错误
（6）激活对象服务器
javaSomeServer
2.开发客户端软件
（1）为该应用的所有待生成文件创建一个目录
（2）获取远程接口类文件的一个拷贝，使用javac编译，生成接口类文件
（3）获取接口实现stub文件SomeImpl_stub.class的一个拷贝
（4）开发客户程序SomeClient.java，编译程序，生成客户类
（5）激活客户
JavaSomeClient
实验报告
1.RMI应用文件列表及放置情况
2.每个文件主要实现的功能和文件相互间的关系
3.每个文件的伪代码
4.试验运行情况和结果，在试验中遇到的问题和分析
思考题
1.如何使用RMI传递参数？
2.如何使得被动提供远程服务的服务器能够主动发起数据请求？
3.如何避免在多个客户端同时发起远程服务调用时产生不一致的情况？
实验五Internet应用
实验目的
1.了解基于http协议的web应用的工作原理
2.了解构建基于web的分布式应用范型的主要技术和手段
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http协议工作原理；
2.了解html和XML语言；
3.实验前认真听讲，服从安排。
尽可能独立思考并完成实验。
实验环境
a）独立计算机；
b）Windows操作系统。
c）Tomcat
d）J2EE工具包
e）J2sdk工具包
实验原理
基于http的web应用是分布式系统的另一个重要应用范型，与C/S模式不同的是B/S模式的应用没有独立的客户端软件，B/S模式中统一对服务器端响应进行解释的就只有浏览器。
因为浏览器的通用性的简单性，使得B/S应用中数据传递也不可能很复杂，因此就决定了它在应用层的支持协议只能是面向文本的http协议。
最初的http协议只能支持简单的静态页面（对象）的获得，但是随着网络应用的发展，提供与客户的接口，使得客户与服务器端的通信能够动态进行，并由此动态生成页面（对象）是必要的。
解决这一问题的主要手段是使用表单技术。
而保存与客户交互的结果也是必须的，解决的技术是cookie。
实验内容
1.使用socketAPI实现简单的HTTP客户
（1）使用sendMessage方法发送符合http协议定义的消息给web服务器以获得想要的页面
（2）使用receiveMessage方法接收返回的页面源文件并显示。
2.使用隐式表单域传输会话状态数据
（1）编写客户端请求页面form.html
（2）编写form.html所触发的脚本hiddenform.c
（3）编写hiddform.cgi动态生成页面中触发的脚本hidden.form2.c
3.使用coolie传递状态数据
（1）编写请求页面cookie.html
（2）编写cookie.html所触发的脚本cookie.c
（3）编写由cookie.c动态生成页面中触发的脚本cookie2.c
实验报告
1.列明文件清单
2.写明各文件的作用和文件间的关系
3.写出各文件的伪代码
思考题
1.考虑隐式表单域与cookie技术之间的区别
2.考虑cookie的安全性问题
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