「实验记录」CS144 Lab0 networking warmup

一、Motivation

第一个小测试 webget 是想让我们体验并模拟一下在浏览器中键入 URL 后获得远程服务器传来的内容，这并没有太大的难度，因为 Lab 本身已经为我们搭建好了 TCP/IP 五层协议栈的框架，我们要做的仅仅是解析传入的 host 和 path 即可，具体完善在 apps/webget.cc 的 get_URL() 中

第二个基本组件也比较简单，是想让我们实现一个最基本且最常用的字节流，可以将其理解成是一个队列，可以从头部读出数据，也可以从末端写入数据。同样，大体的框架 Lab 已经实现好了，只需要我们在 libsponge/byte_stream.cc 中完善其各功能即可

二、Solutions

S1 - Writing webget

针对第一个测试点 webget，应该在 apps/webget.cc 中完善具体的 get_URL() 即可，

void get_URL(const string &host, const string &path) {
  TCPSocket sock;

  sock.connect(Address(host, "http"));
  sock.write("GET " + path + " HTTP/1.1\r\nHost: " + host + 
    "\r\nConnection: close\r\n\r\n");
  sock.shutdown(SHUT_WR);

  while (!sock.eof())
    cout << sock.read();

  sock.close();
}

首先，进入函数内不管三七二十一，先建 socket，然后尝试与目标 web 主机建立 TCP 连接。成功后，透过 write 将获取 URL 内容的请求发送给服务器。发送完成之后，关闭 socket 写的 Channel，意味着不能再向该 socket 当中写数据了，或许只能读

之后，就是等待 web 主机回复。通过eof判断可读的 Channel 内是否有数据送来，送来一份，读一份，直到读完为止

S2 - An in-memory reliable byte stream

针对第二个测试点稍微复杂一点，要修改 libsponge/byte_stream.h 和 libsponge/byte_stream.cc 的内容，让其支持一个队列的功能，

对于 writer，主要就是能够写入数据并且自知状态，包括队列的剩余容量及 Channel 是否已被关闭。在这里，我选用 deque 双端对列作为 ByteStream 的底层数据结构，来研究一下 write()，

size_t ByteStream::write(const string &data) 
{
  size_t len = data.length();

  /* 有多少容量写多少数据 */
  if(remaining_capacity() < data.length())
    len = remaining_capacity();

  for(size_t i=0; i<len; i++)
    buf_.push_back(data[i]);

  nwrite_ += len;
  return len;
}

首先，要透过 remaining_capacity() 看一下当前对列还能不能容下将要写入的数据，其定义如下，

size_t ByteStream::remaining_capacity() const 
{ 
  return cap_ - buf_.size(); 
}

我们在此采用的是有多少容量，就写多少数据的策略，而不是 0 或 1 的策略（非写即丢）。定义了 nwrite_ 计数了一次 write 写了多少数据。end_input() 较为简单，只分辨是否还有字节将要写入，其定义如下，

void ByteStream::end_input() 
{
  ended_ = true; 
}

关于读操作，Lab0 的文档是这样规范的，

第一个 peek_output() 主要用来查看队首元素，定义如下，

string ByteStream::peek_output(const size_t len) const 
{
  if(len > buf_.size())
    return "";

  return string(buf_.begin(), buf_.begin()+len);
}

pop_output() 和查看队首的功能差不多，只是将查看功能改为删除，

void ByteStream::pop_output(const size_t len) 
{ 
  if(len > buf_.size())
    return;

  for(size_t i=0; i<len; i++)
    buf_.pop_front();

  nread_ += len;
}

其中的 nread_ 和 nwrite_ 一样，用来统计 reader 已经读取了多少数据。read() 是框架定义好的，如下，

std::string read(const size_t len) {
  const auto ret = peek_output(len);
  pop_output(len);
  return ret;
}

之后的一系列状态返回函数，我不一一展开了，无非就是封装一下成员变量，对外提供状态查看功能罢了

三、Results

根据文档在 sponge 目录下新建 build 文件夹，然后在 build 里透过 cmake .. 初始化编译环境，接着透过 make -j4 进行编译
完成编译之后，可以透过 make check_webget 和 make check_lab0 来检验自己程序的正确性

四、Source

1. 【计算机网络】Stanford CS144 学习笔记
2. [CS144] Lab 0: networking warmup
3. 【斯坦福计网CS144项目】环境配置 & Lab0: ByteStream