Lập trình hệ thống máy chủ tương tác với máy khách sử dụng java ipc

Trong bối cảnh này, sự phát triển của ứng dụng Java-IPC Java Inter-Process Communication đã trở thành một phần quan trọng của việc xây dựng các hệ thống tương tác.. Đề tài này tập trung

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN &

TRUYỀN THÔNG VIỆT HÀN KHOA KHOA HỌC MÁY TÍNH



LẬP TRÌNH HỆ THỐNG MÁY CHỦ TƯƠNG TÁC VỚI MÁY KHÁCH

SỬ DỤNG JAVA-IPC

Sinh viên thực hiện: TRƯƠNG LƯU QUÂN – 21IT509 TRƯƠNG VĂN HÒA NHÂN – 21IT433

VÕ VĂN CHÚC NIÊN – 21IT438 NGUYỄN ĐÌNH PHI – 21IT505

Lớp: LẬP TRÌNH HỆ THỐNG (3)

Giảng viên hướng dẫn: TS HOÀNG HỮU ĐỨC

Đà Nẵng, tháng 10 năm 2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN &

TRUYỀN THÔNG VIỆT HÀN KHOA KHOA HỌC MÁY TÍNH



LẬP TRÌNH HỆ THỐNG MÁY CHỦ TƯƠNG TÁC VỚI MÁY KHÁCH

SỬ DỤNG JAVA-IPC

Sinh viên thực hiện: TRƯƠNG LƯU QUÂN – 21IT509 TRƯƠNG VĂN HÒA NHÂN – 21IT433

VÕ VĂN CHÚC NIÊN – 21IT438 NGUYỄN ĐÌNH PHI – 21IT505

Lớp: LẬP TRÌNH HỆ THỐNG (3)

Giảng viên hướng dẫn: TS HOÀNG HỮU ĐỨC

Đà Nẵng, tháng 10 năm 2023

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại số hóa ngày nay, việc tương tác và giao tiếp giữa các hệ thống máy tính là một khía cạnh quan trọng của công nghệ thông tin Điều này áp dụng cho nhiều tình huống, từ ứng dụng web và dịch vụ trực tuyến đến các hệ thống phân tán và giao tiếp giữa các máy chủ và máy khách Trong bối cảnh này, sự phát triển của ứng dụng Java-IPC (Java Inter-Process Communication)

đã trở thành một phần quan trọng của việc xây dựng các hệ thống tương tác

Đề tài này tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển máy chủ tương tác với máy khách sử dụng Java-IPC, một lĩnh vực có sự ứng dụng rộng rãi trong việc phát triển ứng dụng và hệ thống phức tạp Java-IPC cung cấp các công cụ và thư viện cho việc truyền thông giữa các tiến trình hoặc máy tính khác nhau, cho phép chúng tương tác, chia sẻ dữ liệu và thực hiện các nhiệm vụ quan trọng Tìm hiểu cách Java-IPC có thể giúp cải thiện tương tác giữa máy chủ và máy khách trong môi trường phát triển ứng dụng đòi hỏi hiệu suất và độ tin cậy cao Đồng thời, cũng sẽ xem xét các thách thức và giải pháp để xây dựng hệ thống tương tác an toàn và bảo mật

Hy vọng rằng đề tài này sẽ cung cấp kiến thức cơ bản và thực tế về việc sử dụng Java-IPC trong việc phát triển máy chủ và máy khách tương tác, và đóng góp vào sự phát triển của lĩnh vực này trong ngành công nghiệp công nghệ thông tin

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện dự án này, chúng em đã được ban tặng tình cảm và sự

hỗ trợ vô giá từ quý thầy cô Sự hướng dẫn, kiến thức, và lòng nhiệt tình của thầy cô đã là nguồn động viên và động lực không thể thiếu để dự án của chúng

em có thể hoàn thành

Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới thầy giáo Hoàng Hữu Đức, người đã thể hiện lòng tận tâm và sự quan tâm không ngừng đối với chúng em trong suốt thời gian qua Sự hướng dẫn và hỗ trợ tận tâm của thầy đã góp phần lớn vào việc hoàn thành đồ án này

Chúng em đã thấm thía rằng đồ án này không thể tránh khỏi những thiếu sót do điều kiện thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế Chúng em rất trân trọng sự hỗ trợ và hướng dẫn của quý thầy cô trong suốt quá trình này

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1

1 Sơ lược về lập trình hệ thống 1

1.1 Khái niệm về lập trình hệ thống 1

1.2 Các yếu tố quan trọng trong lập trình hệ thống 1

1.3 Lịch sử lập trình hệ thống 2

2 Giao tiếp giữa các tiến trình Inter-Process Communication (IPC) 3

2.1 IPC là gì? 3

2.2 Quy trình thực hiện giao tiếp 3

3 Khái nệm Socket 4

3.1 Socket là gì? 4

3.2 Các loại Socket 4

3.3 Quy trình thực hiện 4

4 Tổng quan công nghệ chính 5

4.1 Eclipse 5

4.2 Java 5

4.3 Một số đặc điểm chính của Java 6

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG 7

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH 8

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 9

TÀI LIỆU THAM KHẢO 10

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Sơ lược về lập trình hệ thống

1.1 Khái niệm về lập trình hệ thống

Lập trình hệ thống là một lĩnh vực trong công nghệ thông tin tập trung vào việc phát triển và duy trì hệ thống máy tính phức tạp và phân tán

Hệ thống này có thể bao gồm phần mềm, phần cứng, mạng máy tính,

và các yếu tố khác, tất cả được tích hợp lại để hoạt động một cách hiệu quả và đáng tin cậy

1.2 Các yếu tố quan trọng trong lập trình hệ thống

- Phần mềm hệ thống: Phát triển và quản lý các phần mềm chạy ở mức hệ thống, bao gồm hệ điều hành, trình quản lý cơ sở dữ liệu,

hệ thống tệp tin, và các ứng dụng hệ thống khác

- Phần cứng hệ thống: Các thành phần vật lý của hệ thống, như máy chủ, thiết bị lưu trữ, switch mạng, và các linh kiện phần cứng khác Lập trình hệ thống thường liên quan đến việc tối ưu hóa và quản lý phần cứng để đảm bảo hiệu suất tốt nhất

- Mạng máy tính: Các hệ thống thường được kết nối qua mạng, và lập trình hệ thống cũng bao gồm việc quản lý và tối ưu hóa mạng

để đảm bảo kết nối ổn định và bảo mật

- Quản lý tài nguyên: Lập trình hệ thống thường liên quan đến việc quản lý tài nguyên như bộ nhớ, CPU, băng thông mạng, và lưu trữ

để đảm bảo chúng được sử dụng hiệu quả

- Bảo mật và kiểm soát ruy cập: Bảo mật là một khía cạnh quan trọng của lập trình hệ thống, bao gồm việc đảm bảo rằng hệ thống được bảo vệ khỏi các mối đe dọa và truy cập trái phép

1.3 Lịch sử lập trình hệ thống

- Những năm 1940 và 1950: Lập trình hệ thống bắt đầu trong thời kỳ máy tính đầu tiên xuất hiện, như máy tính ENIAC và UNIVAC Các lập trình viên đã viết chương trình bằng cách cắm dây và cài đặt các cơ cấu cơ học trực tiếp trên máy tính

- Những năm 1960: Xuất hiện các hệ điều hành đầu tiên, như IBM OS/360 và Unix, giúp quản lý và tối ưu hóa tài nguyên hệ thống Phát triển ngôn ngữ lập trình Fortran và COBOL cho phép lập trình

hệ thống trở nên dễ dàng hơn

- Những năm 1970: Sự ra đời của TCP/IP, giao thức mạng cơ bản cho Internet, đã đánh dấu sự phát triển mạng máy tính và lập trình

hệ thống trên mạng

- Những năm 1980 và 1990: Phát triển và phổ biến của máy tính cá nhân đã đưa đến sự phát triển của hệ thống máy tính x86 và hệ điều hành như Microsoft Windows Sự ra đời của Unix-based Linux giúp tạo ra một hệ thống mã nguồn mở mạnh mẽ cho lập trình hệ thống

- Những năm 2000 và sau này: Công nghệ ảo hóa đã trở thành một phần quan trọng của lập trình hệ thống, cho phép tối ưu hóa tài nguyên và quản lý ứng dụng trên nhiều máy chủ ảo Công nghệ điện toán đám mây (cloud computing) đã thay đổi cách chúng ta triển khai và quản lý hệ thống, cho phép truy cập và mở rộng linh hoạt hệ thống dựa trên nhu cầu

2 Giao tiếp giữa các tiến trình Inter-Process Communication (IPC)

2.1 IPC là gì?

Inter-Process Communication (IPC) là một cơ chế cho phép các tiến trình (processes) trao đổi dữ liệu và thông tin với nhau trong một hệ thống máy tính Trong môi trường đa nhiệm hoặc đa tiến trình, các tiến trình có thể chạy độc lập nhưng cần liên lạc và tương tác với nhau để thực hiện các nhiệm vụ chung hoặc chia sẻ thông tin

2.2 Quy trình thực hiện giao tiếp

- Khởi tạo và Tạo Cơ Chế IPC: Mỗi tiến trình cần sử dụng một cơ chế IPC để truyền thông và chia sẻ dữ liệu Các cơ chế này có thể là Pipes, Message Queues, Shared Memory, Sockets, và nhiều phương tiện IPC khác

- Khởi Tạo và Kết Nối: Tiến trình cần khởi tạo và thiết lập cơ chế IPC Điều này có thể bao gồm việc tạo pipes, queues, shared memory segments, hay kết nối tới một socket

- Truyền Dữ Liệu: Tiến trình gửi và/nhận dữ liệu thông qua cơ chế IPC Quy trình này có thể bao gồm việc sử dụng các hàm hay API

cụ thể, tùy thuộc vào loại IPC được sử dụng và ngôn ngữ lập trình

- Đồng Bộ Hóa: Trong một số trường hợp, cần thực hiện các cơ chế đồng bộ hóa để đảm bảo rằng các tiến trình không xâm phạm vào không gian dữ liệu của nhau cùng một lúc Cơ chế Semaphore là một ví dụ về công cụ đồng bộ hóa

- Xử lý Lỗi và Đóng Kết Nối: Tiến trình cần xử lý lỗi, kiểm tra trạng thái của quá trình giao tiếp, và đóng kết nối sau khi đã hoàn thành công việc

- Thu Dọn: Trong một số trường hợp, sau khi giao tiếp đã hoàn thành, có thể cần thu dọn tài nguyên như bộ nhớ chia sẻ hay pipe để tránh rò rỉ tài nguyên

3 Khái nệm Socket

3.1 Socket là gì?

Socket là một cơ chế trong lập trình mạng cho phép hai máy tính hoặc quá trình trao đổi dữ liệu qua mạng Điều này giúp tạo ra kết nối giữa các thiết bị và cho phép truyền thông giữa chúng Sockets được sử dụng trong mô hình client-server, nơi một máy tính hoặc quá trình hoạt động như một máy chủ và các máy tính hoặc quá trình khác tương tác với nó như là các máy khách

3.2 Các loại Socket

Có 2 loại Socket chính:

+ Socket Stream: Loại socket này cung cấp một kết nối hai chiều và đảm bảo truyền dữ liệu liên tục, không bị chia lẻ giữa các gói tin + Socket Datagram: Loại socket này sử dụng giao thức datagram, không đảm bảo tính liên tục của dữ liệu và có thể chia lẻ thành các gói tin riêng lẻ

3.3 Quy trình thực hiện

- Khởi tạo Socket: Đầu tiên, mỗi máy tính muốn tham gia vào giao tiếp qua mạng sẽ tạo ra một socket Socket được tạo bằng cách sử dụng hàm socket(), mà nói cho hệ điều hành biết về các yêu cầu giao tiếp của tiến trình

- Liên Kết Socket Đến Địa Chỉ (Bind): Sau khi tạo, máy tính cần liên kết socket với một địa chỉ IP và cổng cụ thể Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng hàm bind()

- Lắng Nghe Kết Nối (chỉ máy chủ): Trong trường hợp máy chủ, sau khi đã liên kết socket, nó cần bắt đầu lắng nghe các kết nối đến từ máy khách sử dụng hàm listen()

- Chấp Nhận Kết Nối (chỉ máy chủ): Khi có một máy khách muốn kết nối, máy chủ sử dụng hàm accept() để chấp nhận kết nối

- Kết Nối Đến Socket (chỉ máy khách): Máy khách sử dụng hàm connect() để kết nối đến máy chủ thông qua địa chỉ IP và cổng cụ thể

- Truyền Nhận Dữ Liệu: Sau khi kết nối được thiết lập, cả máy chủ

và máy khách có thể sử dụng các hàm send() và recv() để truyền và nhận dữ liệu qua socket

- Đóng Kết Nối và Socket: Sau khi đã truyền nhận đủ dữ liệu, hoặc khi kết thúc quá trình giao tiếp, máy chủ và máy khách cần đóng kết nối và giải phóng tài nguyên bằng cách sử dụng hàm close()

4 Tổng quan công nghệ chính

4.1 Eclipse

Eclipse là một môi trường phát triển tích hợp (IDE - Integrated Development Environment) được sử dụng chủ yếu cho việc phát triển phần mềm Java, nhưng cũng hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình khác thông qua các plugin

Eclipse cung cấp một môi trường phát triển tích hợp mạnh mẽ, bao gồm trình soạn thảo mã nguồn, công cụ debug, và các tính năng giúp

đỡ như tự động hoàn thành mã, refactoring, và kiểm tra lỗi

4.2 Java

Java là một ngôn ngữ lập trình được phát triển bởi Sun Microsystems (nay là Oracle Corporation) vào những năm 1990 và sau đó trở thành một trong những ngôn ngữ lập trình phổ biến nhất trên thế giới

Java được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm phát triển ứng dụng web, ứng dụng di động (Android), hệ thống thông tin doanh nghiệp, trò chơi, và nhiều ứng dụng khác Nó là một ngôn ngữ quan trọng trong ngành công nghiệp phần mềm và tiếp tục được duy trì và phát triển bởi cộng đồng Java

4.3 Một số đặc điểm chính của Java

- Độ đa nhiệm: Java hỗ trợ lập trình đa luồng, giúp xử lý nhiều công việc cùng một lúc và tận dụng tốt các hệ thống có nhiều lõi

- Độ độc lập nền tảng: Ứng dụng Java có thể chạy trên mọi nền tảng

mà không cần biên dịch lại mã nguồn Điều này là do Java sử dụng máy ảo Java (JVM - Java Virtual Machine) để thực thi mã nguồn

- Mạnh mẽ và Bảo mật: Java có cơ chế bảo mật tích hợp, giúp người phát triển tạo ra các ứng dụng an toàn Ngoài ra, Java có thùng rác

tự động (garbage collection) giúp quản lý bộ nhớ hiệu quả

- Hướng đối tượng: Java được thiết kế với kiến trúc hướng đối tượng, giúp tổ chức mã nguồn theo cách có thể tái sử dụng và bảo trì dễ dàng

- Cộng đồng mạnh mẽ: Java có một cộng đồng phát triển lớn, với nhiều tài nguyên, thư viện, và framework mở rộng được phát triển bởi cộng đồng

- Thư viện (API) đa dạng: Java đi kèm với một số lượng lớn các thư viện chuẩn (API) cho nhiều mục đích khác nhau, từ xử lý chuỗi đến

đồ họa, kết nối mạng, và nhiều hơn nữa

- Dễ học và sử dụng: Java được thiết kế sao cho người mới học cũng

có thể nhanh chóng làm quen và bắt đầu phát triển ứng dụng

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

TÀI LIỆU THAM KHẢO