Báo cáo đồ án cơ sở mạng

Hệ điều hành điều khiển tất cả các tài nguyên của máy tính và cung cấp một môi trường thuận lợi để các chương trình ứng dụng do người sử dụng viết ra có thể chạy được trên máy tính.. Qua

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

***

ĐỒ Á N

CƠ SỞ NGÀNH MẠNG NGUYÊN LÝ HỆ ĐIỀU HÀNH : ĐỀ TÀI NĂM TRIẾT GIA ĂN TỐI

LẬP TRÌNH MẠNG: ĐỀ TÀI SỬ DỤNG KỸ THUẬT SOCKET

TRONG JAVA ĐỂ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH CHAT QUA

MẠNG LAN



Đà Nẵng, ngày 01 tháng 11 năm 2018

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 5

PHẦN I: NGUYÊN LÝ HỆ ĐIỀU HÀNH 7

CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH BÀI TOÁN 7

I Mô tả 7

II Mô tả vấn đề 7

III Yêu cầu bài toán 8

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9

I Tiến trình (proccess) 9

II Tài nguyên găng và đoạn găng 10

III Giải pháp Semaphore 12

IV Deadlock 12

CHƯƠNG III: GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN 15

I Quản lý vùng găng 15

II Giải pháp xử lý deadlock 17

III Chương trình 17

CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ CHƯƠNG TRÌNH 20

I Chương trình tạm dừng 20

II Chương trình được reset 20

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 21

I Đạt được 21

II Chưa đạt 21

PHẦN II: LẬP TRÌNH MẠNG 22

CHƯƠNG I PHÂN TÍCH BÀI TOÁN 22

1 Bối cảnh, lý do thực hiện đề tài 22

2 Cơ sở lập trình 23

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 24

1 Yêu cầu của đề tài 24

2 Giới thiệu mô hình Client/Server 24

3 Giới thiệu giao thức IP/TCP 25

CHƯƠNG 3 : PHÂN TÍCH THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH 28

1 Phân tích yêu cầu 28

2 Phân tích chức năng 28

3 Phân tích thiết kế chương trình 29

CHƯƠNG 4 : KẾT QUẢ CHƯƠNG TRÌNH 30

1 Môi trường triển khai 30

2 Kết quả thực hiện 30

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 33

I Đạt được 33

II Chưa đạt được và hướng phát triển 33

KẾT LUẬN CHUNG 34

TÀI LIỆU THAM KHẢO 35

PHỤ LỤC 36

1 Phần hệ điều hành 36

2 Phần lập trình mạng 43

2.1 Cấu trúc chương trình 43

2.2 Chương trình Server 43

2.3 Chương trình Client 47

Hình 7 Giao diện Máy Chủ

Hình 8 Giao diện khi nhất nút “Start Server”

Hình 9 Giao diện đăng nhập của Client

Hình 10 Giao diện chat của Client

Hình 11 Giao diện Gửi File của Client

Hình 12 Cấu trúc chương trình lập trình mạng

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU

Nếu không có phần mềm, máy tính chỉ là một thiết bị điện tử thông thường Với sự

hỗ trợ của phần mềm, máy tính có thể lưu trữ, xử lý thông tin và người sử dụng có thể gọi lại được thông tin này Phần mềm máy tính có thể chia thành nhiều loại: chương trình hệ thông, quản lý sự hoạt động của chính máy tính Chương trình ứng dụng, giải quyết các vấn đề liên quan đến việc sử dụng và khai thác máy tính của người sử dụng Hệ điều hành thuộc nhóm các chương trình hệ thống và nó là một chương trình hệ thông quan trọng nhất đối với máy tính và cả người sử dụng Hệ điều hành điều khiển tất cả các tài nguyên của máy tính và cung cấp một môi trường thuận lợi để các chương trình ứng dụng do người sử dụng viết ra có thể chạy được trên máy tính

Một máy tính hiện đại có thể bao gồm: một hoặc nhiều processor, bộ nhớ chính, clocks, đĩa, giao diện mạng, và các thiết bị vào/ra khác Tất cả nó tạo thành một hệ thống phức tạp Để viết các chương trình để theo dõi tất cả các thành phần của máy tính và sử dụng chúng một cách hiệu quả, người lập trình phải biết processor thực hiện chương trình như thế nào, bộ nhớ lưu trữ thông tin như thế nào, các thiết bị đĩa làm việc (ghi/đọc) như thế nào, lỗi nào có thể xảy ra khi đọc một block đĩa, đây

là những công việc rất khó khăn và quá khó đối với người lập trình Nhưng rất may cho cả người lập trình ứng dụng và người sử dụng là những công việc trên đã được

hệ điều hành hỗ trợ nên họ không cần quan tâm đến nữa

Vì vậy, chúng ta cần tìm hiểu về những kiến thức cơ bản cũng như nâng cao về hệ điều hành, nắm bắt được nguyên tắc hoạt động Qua đó, có một cái nhìn tổng quan

về những gì liên quan đến việc thiết kế cài đặt cũng như chức năng của hệ điều hành

đề hệ điều hành đạt được mục tiêu: Giúp người sử dụng khai thác máy tính dễ dàng

và chương trình của người sử dụng có thể chạy được trên máy tính

Nguyên lý hệ điều hành là học phần rất quan trọng và bắt buộc đối với tất cả sinh viên chuyên ngành công nghệ thông tin Nguyên lý hệ điều hành cung cấp cho sinh viên hoạt động cơ bản của hệ điều hành trên máy tính Hệ điều hành được xem là thành phần trung gian hay là cầu nối cho sự giao tiếp của người sử dụng và máy tính Thông qua hệ điều hành người sử dụng dễ đàng làm việc và khai thác hiệu quả thiết bị phần cứng máy tính, quản lý phần mềm ứng dụng Người sử dụng chỉ cần thao tác các lệnh, các sự kiện và chờ các tiến trình của hệ điều hành thực hiện

"Bài toán năm triết gia ăn tối" (Dining Philosophers), một bài toán kinh điển về tương tranh và chia sẻ tài nguyên Việc nghiên cứu bài toán sẽ cho chúng ta hiểu rõ hơn về khía cạnh này của hệ điều hành

Về phần đồ án lập trình mạng, có thể thấy mạng Internet đang phát triển như vũ bão, do vậy việc chuyển thông tin, dữ liệu qua mạng Internet là ưu tiên hàng đầu trong nghành công nghệ thông tin Với việc muốn tìm hiểu sâu về cách giao tiếp của các client với nhau thông qua server cũng như củng bố chắc lập trình mạng lý

thuyết nên em đã chọn đề tài “Sử dụng kỹ thuật socket trong java để xây dựng chương trình chat qua mạng LAN” Đề tài đi sâu tìm hiểu về các kết nối socket trong mô hình Client-Server giúp em nắm chắc kiến thức về lý thuyết môn lập trình mạng

Qua đồ án lần này, em xin cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của cô Trần Hồ Thủy Tiên

đã giúp em hoàn thành đề tài này Mong các quý thầy cô góp ý để em có thể tích lũy kinh nghiệm cho những đồ án tiếp theo

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Tiến Dũng

II Mô tả vấn đề

Đây là bài toán cổ điển về hệ điều hành Bài toán bữa tối của các triết gia được

đưa ra bởi nhà toán học E W Dijkstra Bài toán được mô tả như sau :

Có năm triết gia cùng ngôi ăn tối quanh một chiếc bàn tròn, trước mặt mỗi người

có một đĩa thức ăn, giữa 2 triết gia thì có một chiếc muỗng

Hình 1 Mô tả bài toán năm triết gia ăn tối

Khi một triết gia suy nghĩ, ông ta không giao tiếp với các triết gia khác Thỉnh thoảng, một triết gia cảm thấy đói và cố gắng chọn hai chiếc đũa gần nhất (hai chiếc đũa nằm giữa ông ta với hai láng giềng trái và phải) Một triết gia có thể lấy chỉ một chiếc đũa tại một thời điểm Chú ý, ông ta không thể lấy chiếc đũa mà nó đang được dùng bởi người láng giềng Khi một triết gia đói và có hai chiếc đũa cùng một lúc, ông ta ăn mà không đặt đũa xuống Khi triết gia ăn xong, ông ta đặt đũa xuống và bắt đầu suy nghĩ tiếp

Đói : một triết gia có thể chết đói nếu ông ta không có cách nào để ăn được

Tắc nghẽn : các triết gia phải đợi lẫn nhau nên không có ai ăn được

III Yêu cầu bài toán

Phải đặt ra thuật toán sao cho khi một triết gia bị đói thì ông ta sẽ được ăn và đảm bảo không có triết gia nào bị chết đói

Bài toán đặt ra vấn đề “đồng bộ giữa các tiến trình”, giải quyết vấn đè tắc nghẽn có thể xảy ra

Một giải pháp đơn giản là thể hiện mỗi chiếc đũa bởi một biến semaphore Một triết gia cố gắng chiếm lấy một chiếc đũa bằng cách thực thi thao tác wait trên biến semaphore đó, triết gia đặt hai chiếc đũa xuống bằng cách thực thi thao tác signal trên các biến semaphore tương ứng

Thuật toán đưa ra ở đây là Semaphore

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tiến trình tuần tự xuất hiện trong các hệ điều hành đơn nhiệm như hệ điều hành MSDOS

Các tiến trình song song xuất hiện trong hệ điều hành đa nhiệm

4 Tuyến (Thread)

Tuyến là một thành phần của tiến trình sở hữu ngăn xếp và thực thi độc lập ngay trong mã lệnh của tiến trình Nếu như hệ điều hành có nhiều tiến trình thì trong mỗi tiến trình bạn có thể tạo ra nhiều tuyến hoạt động song song với nhau tương tự như các tiến trình hoạt động song song trong hệ điều hành Ưu điểm của tuyến là chúng hoạt động trong cùng một không gian địa chỉ của tiến trình Tập hợp một nhóm các tuyến có thể sử dụng chung biến toàn cục, vùng nhớ heap, bảng mô tả file của tiến trình, cơ chế liên lạc giữa các tuyến đơn giản và hiệu quả hơn cơ chế liên lạc giữa các tiến trình với nhau ( nếu hệ điều hành của bạn chạy trên phần cứng nhiều bộ xử

lí thì tuyến thực sự chạy song song chứ không phải giả lập kiểu xoay vòng )

Ưu điểm của sử dụng tuyến trong tiến trình đơn giản hơn lập trình tuần tự

Nhiều thao tác xuất nhập hoặc hiển thị dữ liệu có thể tách rời và phân cho các tuyến chạy độc lập thực thi Ví dụ trong môi trường đồ họa, khi bạn copy một file có kích thước lớn, chương trình sẽ được thiết kế sao cho một tuyến thực hiện đọc ghi dữ liệu từ đĩa, tuyến khác sẽ đảm trách việc hiển thị phần trăm hoàn thành công việc cho người dùng theo dõi tiến độ

Đối với hệ điều hành chi phí để chuyển đổi giữa ngữ cảnh của tiến trình cao và chậm hơn chi phí chuyền đổi ngữ cảnh dành cho tuyến ( với tiến trình hệ điều hành phải cất thông số môi trường, thanh ghi trạng thái, hoán đổi vùng nhớ )

Tuy nhiên, điểm yếu của việc dùng tuyến đó là khả năng đổ vở của một tuyến sẽ ảnh hưởng đến tất cả các tuyến khác và toàn bộ tiến trình đang hoạt động Lí do là các tuyến dùng chung vùng nhớ và không gian địa chỉ của tiến trình Ngược lại, một tiến trình bị đồ vỡ luôn được hệ điều hành cô lập hoàn toàn không gây ảnh hưởng đến các tiến trình khác Tiến trình có thể chạy trên nhiều máy khác nhau trong khi tuyến chỉ được thực thi trên một máy và trong một tiến trình

II Tài nguyên găng và đoạn găng

1 Tài nguyên găng (Critical Resource)

Trong môi trường hệ điều hành đa nhiệm - đa chương - đa người sử dụng, việc chia sẻ tài nguyên cho các tiến trình của người sử dụng dùng chung là cần thiết, nhưng nếu hệ điều hành không tổ chức tốt việc sử dụng tài nguyên dung chung của các tiến trình hoạt động đồng thời, thì không những không mang lại hiệu quả khai thác tài nguyên của hệ thông mà còn làm hỏng dữ liệu của các ứng dụng Và nguy hiểm hơn là việc hỏng dữ liệu này có thể hệ điều hành và ứng dụng không thể phát hiện được Việc hỏng dữ liệu của ứng dụng có thể làm sai lệch ý nghĩa thiết kế của

nó Đây là điều mà cả hệ điều hành và người lập trình đều không mong muốn

Các tiến trình hoạt động đồng thời thường cạnh tranh với nhau trong việc sử dụng tài nguyên dùng chung Hai tiến trình hoạt động đồng thời cùng ghi vào một không gian nhớ chung (một biến chung) trên bộ nhớ hay hai tiến trình đồng thời cùng ghi dữ liệu vào một file chia sẻ, đó là những biểu hiện của sự cạnh tranh về việc sử dụng tài nguyên dùng chung của các tiến trình Để các tiến trình hoạt động đồng thời không cạnh tranh hay xung đột với nhau khi sử dụng tài nguyên dùng chung hệ điều hành phải tổ chức cho các tiến trình này được độc quyền truy xuất/sử dụng trên các tài nguyên dùng chung này

Những tài nguyên được hệ điều hành chia sẻ cho nhiều tiến trình hoạt động đồng thời dùng chung, mà có nguy cơ dẫn đến sự tranh chấp giữa các tiến trình này khi

sử dụng chúng, được gọi là tài nguyên găng Tài nguyên găng có thể là tài nguyên phần cứng hoặc tài nguyên phần mền, có thể là tài nguyên phân chia được hoặc không phân chia được, nhưng đa số thường là tài nguyên phân chia được như là: các biến chung, các file chia sẻ

2 Đoạn găng (Critical Section)

Đoạn code trong các tiến trình đồng thời, có tác động đến các tài nguyên có thể trở thành tài nguyên găng được gọi là đoạn găng hay miền găng Tức là, các đoạn code trong các chương trình dùng để truy cập đến các vùng nhớ chia sẻ, các tập tin chia sẻ được gọi là các đoạn găng

Trong ví dụ ở trên có hai đoạn găng là:

{ L1:=Count và Count:=Ll }

Đề hạn chế các lỗi có thể xảy ra do sử dụng tài nguyên găng, hệ điều hành phải điều khiến các tiến trình sao cho, tại một thời điểm chỉ có một tiến trình nằm trong đoạn găng, nếu có nhiều tiến trình cùng muốn vào (thực hiện) đoạn găng thì chỉ có một tiền trình được vào, các tiến trình khác phải chờ, một tiến trình khi ra khỏi (kết thúc) đoạn găng phải báo cho hệ điều hành và/hoặc các tiến trình khác biết đề các tiến trình này vào đoạn găng, vv Các công tác điều khiển tiến trình thực hiện đoạn găng của hệ điều hành được gọi là điều độ tiến trình qua đoạn găng Để công tác điều độ tiến trình qua đoạn găng được thành công, thì cần phải có sự phối hợp giữa

vi xử lý, hệ điều hành và người lập trình Vi xử lý đưa ra các chỉ thị, hệ điều hành cung cấp các công cụ để người lập trình xây dựng các sơ đồ điều độ hợp lý, để đảm bảo sự độc quyền trong việc sử dụng tài nguyên găng của các tiến trình

3 Yêu cầu đối với đoạn găng

Đoạn găng phải thỏa các yêu cầu sau:

 Tại một thời điểm không thể có hai tiến trình nằm trong đoạn găng

 Nếu có nhiều tiến trình đồng thời cùng xin được vào đoạn găng thì chỉ có một tiến trình được phép vào đoạn găng, các tiến trình khác phải xếp hàng chờ trong hàng đợi

 Tiến trình chờ ngoài đoạn găng không được ngăn cản các tiến trình khác vào đoạn găng

 Không có tiến trình nào được phép ở lâu vô hạn trong đoạn găng và không có tiến trình phải chờ lâu mới được vào đoạn găng (chờ trong hàng đợi)

 Nếu tài nguyên găng được giải phóng thì hệ điều hành có nhiệm vụ đánh thức các tiến trình trong hàng đợi ra để tạo điều kiện cho nó vào đoạn găng Các vấn đề có thể gặp phải đối với đoạn gang:

 Có thể dẫn đến tắc nghẽn (Deadlock) trong hệ thống

 Các tiến trình có thể bị đói (Stravation) tài nguyên

III Giải pháp Semaphore

Semaphore là một đóng góp quan trọng khác của nhà toán học E W Dijkstra

Có thể xem Semaphore như là một mở rộng của Mutex locks

Semaphore (sự đánh tín hiệu bằng cờ) S là một biến nguyên, khởi gắn bằng một giá trị không âm, đó là khả năng phục vụ của tài nguyên găng tương ứng với nó Ứng với S có một hàng đợi F(s) để lưu các tiến trình đang bị blocked trên S

Chỉ có hai thao tác Down và Up được tác động đến semaphore (sự đánh tín hiệu bằng cờ) S Down giảm S xuống một đơn vị, Up tăng S lên một đơn vị

Mỗi tiến trình trước khi vào đoạn găng thì phải gọi Down để kiểm tra và xác lập quyền vào đoạn găng

Mỗi tiến trình ngay sau khi ra khỏi đoạn găng phải gọi Up đề kiểm tra xem có tiến trình nào đang đợi trong hàng đợi hay không, nếu có thì đưa tiến trình trong hàng đợi vào đoạn găng Khi tiền trình gọi Up thì hệ thống sẽ thực hiện

Ở đây chúng ta cần lưu ý rằng: Down và Up là các thủ tục của hệ điều hành, nên

hệ điều hành đã cài đặt cơ chế độc quyền cho nó, tức là các lệnh bên trong nó không thể tách rời nhau

IV Deadlock

1 Giới thiệu vấn đề

Trong môi trường đa chương, nhiều quá trình có thể cạnh tranh một số giới hạn tài nguyên Một quá trình yêu cầu tài nguyên, nếu tài nguyên không sẵn dùng tại thời điểm đó, quá trình đi vào trạng thái chờ Quá trình chờ có thể không bao giờ chuyển trạng thái trở lại vì tài nguyên chúng yêu cầu bị giữ bởi những quá trình đang chờ khác Trường hợp này được gọi là deadlock (khoá chết)

Trong trường hợp bài toán là khi tất cả các triết gia đều đói cùng một lúc, họ ngồi vào bàn và tất cả cùng nhắc chiếc nĩa bên tay phải (hoặc bên phải) của mình,

và cùng chờ đợi chiếc nĩa từ hàng xóm bên cạnh dẫn đến các tiến trình bị khóa chết

 Giữ và đợi (hold and wait): Một tiến trình hiện tại đang chiếm giữ tài nguyên, lại xin cấp phát thêm tài nguyên mới

 Không ưu tiên (No preemption): Không có tài nguyên nào có thể được giải phóng từ một tiến trình đang chiếm giữ nó

Sự tắc nghẽn có thể tồn tại với ba điều kiện trên, nhưng cũng có thể không xảy

ra chỉ với 3 điều kiện đó Để chắc chắn tắc nghẽn xảy ra cần phải có điều kiện thứ tư:

 Đợi vòng tròn (Circular warf): Đây là trường hợp của ví dụ l mà chúng ta đã nêu ở trên Tức là, mỗi tiến trình đang chiếm giữ tài nguyên mà tiến trình khác đang cần

3 Ngăn chặn tắc nghẽn (Deadlook Prevention)

Ngăn chặn tắc nghẽn là thiết kế một hệ thống sao cho hiện tượng tắc nghẽn bị loại trừ Các phương thức ngăn chặn tắc nghẽn đều tập trung giải quyết bốn điều kiện gây ra tắc nghẽn, sao cho hệ thống không thể xảy ra đồng thời bốn điều kiện tắc nghẽn:

 Đối với điều kiện độc quyền: Điều kiện này gần như không tránh khỏi, vì sự độc quyền là cần thiết đối với tài nguyên thuộc loại phân chia được như các biến chung, các tập tin chia sẻ, hệ điều hành cần phải hỗ trợ sự độc quyền trên các tài nguyên này

 Đối với điều kiện giữ và đợi: Điều kiện này có thể ngăn chặn bằng cách yêu cầu tiến trình yêu cầu tất cả tài nguyên mà nó cần tại một thời điểm và tiến trình sẽ bị khoá (blocked) cho đến khi yêu cầu tài nguyên của nó được hệ điều hành đáp ứng Phương pháp này không hiệu quả Thứ nhất, tiến trình phải đợi trong một khoảng thời gian dài để có đủ tài nguyên mới có thể chuyển sang hoạt động được, trong khi tiến trình chỉ cần một số ít tài nguyên trong số đó là có thể hoạt động được, sau đó yêu cầu tiếp Thứ hai, lãng phí tài nguyên, vì có thể tiến trình giữa nhiều tài nguyên mà chỉ đến khi sắp kết thúc tiến trình mới sử dụng, và có thể đây là những tài nguyên mà các tiến trình khác đang rất cần Ở đây hệ điều hành có thể tô chức phân lớp tài

nguyên hệ thống Theo đó tiến trình phải trả tài nguyên ở mức thấp mới được cấp phát tài nguyên ở cấp cao hơn

 Đối với điều kiện No preemption: Điều kiện này có thể ngăn chặn bằng cách, khi tiến trình bị rơi vào trạng thái khoá, hệ điều hành có thể thu hồi tài

nguyên của tiến trình bị khoá để cấp phát cho tiến trình khác và cấp lại đầy

đủ tài nguyên cho tiến trình khi tiến trình được đưa ra khỏi trạng thái khoá

 Đối với điều kiện chờ đợi vòng tròn: Điều kiện này có thể ngăn chặn bằng cách phân lớp tài nguyên của hệ thống Theo đó, nếu một tiến trình được cấp phát tài nguyên ở lớp L, thì sau đó nó chỉ có thể yêu cầu các tài nguyên ở lớp thấp hơn lớp L

CHƯƠNG III: GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN

I Quản lý vùng găng

Chương trình xem mỗi triết gia là 1 tiến trình, chopstick là tài nguyên chung cần được bảo vệ

Biến taken được xây dựng trong class Chopstick để quản lý tài nguyên dùng

chung là các chopsticks, mỗi chopsticks được tạo ra sẽ có 1 biến khóa taken để đánh dấu :

 taken = true: chopstick đã được sử dụng

 taken = false: chopstick chưa được sử dụng

Class Chopstick đóng vai trò quản lý vùng găng với 2 phương thức

synchronized put() và get() để mở và đóng vùng găng

Phương thức này tương ứng với hành động một triết gia đặt Chopstick xuống

(giải phóng Chopstick) để các triết gia khác có thể sử dụng tài nguyên chung này

Nếu tài nguyên chung (Chopstick) đang được sử dụng thì triết gia phải đợi

(wait) cho đến khi tài nguyên được giải phóng, lúc đó triết gia sử dụng tài nguyên

này đồng thời thiết lập taken = true để khóa các tiến trình khác Như vậy biến taken

đóng vai trò khóa vùng tài nguyên dùng chung khi nó đang được sử dụng bởi một

tiến trình

Xét trường hợp cụ thể sau:

Hình 3 Thực hiện 5 tiến trình tương ứng 5 triết gia

Chương trình tạo ra 5 tiến trình tương ứng với 5 triết gia và 5 tài nguyên

dùng chung tương ứng 5 chopsticks:

Xét trạng thái cụ thể của các chopsticks ta có:

II Giải pháp xử lý deadlock

Vấn đề deadlock có thể được tránh khỏi bằng việc xây dụng phương thức Wait()

và Signal() sao cho vòng tròn đợi không xảy ra

Ở đây các phương thức được cài đặt như sau:

Phương thức Wait() và Signal() được xây dựng để quản lí tiến trình ra vào vùng găng Với cách xây dựng như trên thì 2 tiến trình cạnh nhau có số thứ tự chẵn lẽ

khác nhau sẽ có thứ tự lấy các chopstick theo thứ tự khác nhau

III Chương trình

Chương trình được xây dựng gồm 4 class:

Class Diners : đây là class chính khởi tạo và liên kết các class khác

Class PhilCanvas : quản lí giao diện

Class Philosopher : class tạo các tiến trình

Class Chopstick : tài nguyên dùng chung (chopstick )

Các class quan hệ như sơ đồ sau:

1 Class Philosopher

Các biến cần xét:

 private int indentity : dùng để đánh chỉ số (định iđ) cho từng tiến trình

 private Chopstick left, right : đây là 2 tài nguyên dùng chung mà mỗi tiến

1 và 2: tiến trình đang chờ đợi để vào vùng găng

3: tiến trình gọi phương thức Wait() để kiểm tra điều kiện vào vùng găng

4 và 5: tiến trình được thực thi

6 thoát khỏi vùng găng và giải phóng tài nguyên

2 Class Chopstick

Các biến cần xét:

 private boolean taken : đánh dấu trạng thái của chopstick đã được sử dụng hay chưa, taken == true là tài nguyên đã được sử dụng, taken != false chưa được sử dụng

 private int indentity : định danh cho chopstick

Phương thức get() được gọi khi một tiến trình muốn sử dụng tài nguyên Phương thức put() được gọi để giải phóng tài nguyên

CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ CHƯƠNG TRÌNH

Hình 5 Chương trình được reset

Khởi động lại các tiến trình được tạm dừng, reset lại băng thông báo trạng thái

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

I Đạt được

Chương trình đạt được chức năng mô tả bài toán bằng giao điện trực quan sinh động, sử dụng giao diện swing trên nền applet

Tạo các tiến trình mô phỏng dựa trên lớp Thread

Bằng cách sử dụng slider cho phép người dùng tùy chỉnh thời gian cung cấp cho các tiến trình, giúp đễ dàng nắm bắt và kiểm soát

Bằng cách xây dựng phương thức Wait() chương trình đã xử lý được vấn đề deadlock

Chương trình được phân thành các class với các chức năng rõ ràng tạo thuận lợi cho việc mở rộng và phát triển sau này, đặc biệt phát triển giao diện một cách dễ dàng mà không ảnh hưởng đến phân lõi của chương trình

II Chưa đạt

Phần giao điện chương trình chưa được bắt mắt

Chương trình có thể được phát triển mở rộng cho n tiến trình tùy ý

PHẦN II: LẬP TRÌNH MẠNG

CHƯƠNG I PHÂN TÍCH BÀI TOÁN

1 Bối cảnh, lý do thực hiện đề tài

Hiện nay mạng internet toàn cầu đã phát triển rất mạnh, đáp ứng rất tốt các nhu cầu về thông tin khoa học, giải trí, liên lạc, mua bán, quảng cáo v.v của con người Internet đã trở thành một thành phần không thể thiếu với cuộc sống hiện đại Về bản chất, Internet chẳng qua là một hệ thống mạng, liên kết các máy tính trên toàn thế giới lại theo những chuẩn chung của nó Với phạm vi nhỏ hơn nhưng cũng rất tương

tự, có những mạng khác đó là WAN, LAN , mỗi mô hình đó đều được ứng dụng rất nhiều tiện ích khác nhau

Với mục tiêu để cho các sinh viên ra trường với một kiến thức tốt về mạng, về lập trình ứng dụng trên mạng để có thể làm được nhiều việc khác nhau, bộ môn lập

trình mạng ra đời Vì vậy, em đã tìm hiểu đề tài “Sử dựng socket trong java để xây dựng chương trình chat qua mạng LAN”, điều đó giúp em thực hành để có cơ hội

hiểu rõ hơn về mạng, về lập trình mạng – một lĩnh vực lập trình rất thú vị này

2 Cơ sở lập trình

Ứng dụng hoạt động dựa vào giao thức IP/TCP để truyền dữ liệu giữa hai máy khác nhau, cụ thể ở đây là một máy server để cung cấp dịch vụ và nhiều máy client

sử dụng dịch vụ do máy server cung cấp để cho người dùng sử dụng

Ngôn ngữ lập trình ở đây là ngôn ngữ Java vì Java là ngôn ngữ có thể được sử dụng để viết ứng dụng chạy trên hầu hết các thiết bị (ở đây ta quan tâm tới thiết bị

có hỗ trợ mạng) Trọng điểm, có mấy khả năng nổi trội do Java cung cấp mà ta có thể sử dụng là :

- Lập trình đa tuyến trình (Cùng 1 ứng dụng nhưng có thể chạy nhiều tiến trình song song với nhau thay vì cứ phải tiến trình này đợi tiến trình kia kết thúc mới có thể thực hiện)

- Java là một nền tảng có thể chạy trên nhiều loại thiết bị với nhiều hệ điều hành khác nhau nên có phạm vi ứng dụng rất rộng rãi

- Lập trình mạng Lớp quan trọng nhất mà ta sử dụng là lớp Socket và ServerSocket

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Yêu cầu của đề tài

Viết chương trình Client/Server cho phép nhiều người sử dụng có thể gửi tin nhắn cho nhau dưới dạng một phòng chat room và có thêm chức năng gửi file với dung lượng nhỏ

2 Giới thiệu mô hình Client/Server

Server được hiểu là máy chủ, thường là một hệ thống máy lớn, có bộ xử lý mạnh, có khả năng hoạt động đáng tin cậy, có khả năng lưu trữ dữ liệu lớn, nó chuyên quản lý tài nguyên (chủ yếu là cơ sở dữ liệu), cung cấp các dịch vụ mạng cho các máy khách (client) sử dụng Bình thường nó chạy suốt thời gian thực và sẵn sàng chấp nhận các yêu cầu kết nối và các yêu cầu dịch vụ khác từ máy khách Client là máy khách, nó thường được sử dụng bởi người dùng cuối Nó hoạt động dựa trên việc sử dụng dịch vụ mà máy server cung cấp để thực hiện các công việc mà người dùng cuối mong muốn

Quy trình hoạt động của mô hình này lặp lại 2 quá trình như sau :

- Client gửi yêu cầu lên server

- Server nhận được yêu cầu thì xử lý thích hợp và trả lời lại client

Hình 6 Mô hình Client/Server

3 Giới thiệu giao thức IP/TCP

3.1 Giới thiệu về TCP

Giao thức TCP (Transmission Control Protocol) là giao thức hướng kết nối (connection-oriented), nó đòi hỏi thiết lập kết nối trước khi bắt đầu gửi dữ liệu và kết thúc kết nối khi việc gửi dữ liệu hoàn tất theo đúng thứ tự: thiết lập kết nối, truyền dữ liệu và kết thúc kết nối

3.2 Giới thiệu về IP

IP là địa chỉ của một máy tính trên mạng, dựa vào địa chỉ IP giao thức TCP có thể truyền dữ liệu chính xác từ một máy này qua máy kia thông qua hệ thống mạng

Ở trên mạng, một máy tính sẻ có một địa chỉ IP khác nhau, từ địa chỉ IP có thể biết được máy nào trên mạng và ngược lại

3.3 Giới thiệu về cổng Port

Với IP, giao thức TCP chỉ mới có thể truyền dữ liệu chính xác từ máy này qua máy kia mà chưa thể truyền chính xác đến từng ứng dụng trên máy được Hiện nay, các hệ thống máy thông thường hoạt động theo chế độ đa nhiệm, nghĩa là có nhiều ứng dụng chạy cùng một lúc và trong đó có thể có nhiều ứng dụng sử dụng dịch vụ mạng Yêu cầu, khi máy chủ A truyền dữ liệu cho một ứng dụng u trên máy B thì trên máy B phải đảm bảo dữ liệu đó phải đến được ứng dụng u, chứ không phải ứng dụng v

Để thực hiện điều đó thì máy chủ A khi truyền dữ liệu đi thì trên dữ liệu đó có một thành phần thông tin giúp máy B xác định được đúng ứng dụng u Phần thông tin đó chính là địa chỉ port trên máy B, nó có thể hiểu là lỗ cắm ảo trên máy B mà ứng dụng u đã đăng ký để độc quyền sử dụng nhằn nhận dữ liệu từ máy chủ A Trên thực tế, địa chỉ port là một số nguyên 2 byte có giá trị từ 0 đến 65535 Nó

có đặc điểm :

- Giá trị từ 0 đến 1023 là các cổng phổ biến dành cho các ứng dụng thông dụng như http: 80, mail : 25, ftp : 21, Telnet 23 Các giá trị còn lại có thể được sử dụng linh hoạt

- Mỗi cổng trong mỗi thời điểm được sử dụng cho tối đa là 1 ứng dụng Ví dụ như một ứng dụng nào đó đã sử dụng cổng 55 thì ứng dụng khác không thể sử dụng cổng 55 đó nữa chừng nào ứng dụng trước đó chưa có đóng cổng 55 lại

3.4 Giới thiệu về Socket

- Socket là một khái niệm để định vị một dịch vụ của một máy tính trên mạng khi kết hợp hai khái niệm IP và Port lại

- Socket có những nhiệm vụ như sau :

 Gắn một cổng trên máy

 Lắng nghe các kết nổi

 Kết nối/Đóng kết nối đến máy tính ở xa qua cổng đã gắn

 Gửi/nhận dữ liệu

 Lắng nghe dữ liệu đến

Thực chất, Socket chẳng qua là sự kết hợp giữa địa chỉ IP của máy tính và cổng Port mà ứng dụng sử dụng Chính vì sự kết hợp đó mà nó trở thành một khái niệm

mà từ đó, các ngôn ngữ lập trình có chứa các gói, các giao diện lập trình (API) để

hỗ trợ các nhà lập trình dễ dàng trong việc lâp trình liên quan đến mạng qua giao thức TCP Điển hình là ngôn ngữ Java mà em sẻ giới thiệu ngay sau đây

4 Giới thiệu các gói phục vụ giao thức IP/TCP

4.1 Giói ServerSocket

Nhiệm vụ chính :

 Mở một cổng kết nối trên server, sẵn sàng hoạt động trên cổng đó

 Lắng nghe, chờ đợi các yêu cầu kết nối trên cổng đó và kết nối khi có yêu cầu

 Tạo luồng dữ liệu vào ra để có thể truyền dữ liệu trên cổng đến một socket ở máy khách (Đây là chức năng quan trọng nhất)

public Socket(int port) : Tạo cổng kết nối trên cổng port

public accept():Chấp nhận một kết nối và trả về một đối tượng Socket mô tả nguồn đã được kết nối đến

getInputStream() : Trả về một luồng mà có thể nhập dữ liệu vào

getOutputStream() : Trả về một luồng ghi dữ liệu

close() : Đóng kết nối khi không cần

Public Socket(InetAddress address, int port)