c++ 網絡編程（十一）TCP/IP LINUX 初步製作基於HTTP的WEB服務器

原文作者：aircraft

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HTTP概要

• 理解Web服務器端： 編寫HTTP(超文本傳輸協議)服務器端，即Web服務器端，我們可以這樣定義它：基於HTTP協議，將網頁對應文件傳輸給客服端的服務器端。HTTP是以超文本傳輸爲目的而設計的應用層協議，這種協議同樣屬於基於TCP/IP實現的協議。 好，再來看看這樣一個例子幫助我們理解：想想我們平時用瀏覽器打開某個網頁，首先瀏覽器地址欄輸入url確認，這其實就是向Web服務器端發送請求網頁數據，這時Web服務器就會根據定好的規則格式把數據傳輸給瀏覽器，瀏覽器接收到數據解析顯示，即我們看到的頁面。這裏瀏覽器就相當於客服端，定好的數據格式就是HTTP協議，Web服務器的工作主要就是傳輸這些數據給瀏覽器。

HTTP協議： 1，HTTP是一種無狀態的Stateless協議(短鏈接)，服務端響應客服端請求後立即斷開連接。換言之，服務端不會維持客服端狀態。即使同一客服端再次發送請求，服務端也無法辨認出是原先那個，而會以相同方式處理新請求。爲了彌補HTTP無法保持連接的缺點，Web編程中通常會使用Cookie和Session技術。

2，Web服務器的消息請求方式：分爲GET,POST兩種請求方式，GET方式請求數據方便可以直接寫URL地址處傳遞數據，因爲它沒有消息體，需要傳輸的數據參數只能通過url地址傳遞，同樣這也不安全。而POST則可以插入消息體，所以客服端向服務端傳遞數據時可以通過這個消息體傳遞，不必寫url地址處，這樣更安全，也方便傳遞大數據。

3，HTTP請求消息的結構：包括請求行，消息頭，空行，消息體。請求行只能通過1行發送，如：”GET/index.html HTTP/1.1”就是以GET方式請求index.html文件，希望以1.1版本的HTTP協議進行通信。消息頭一般包括瀏覽器信息，用戶認證等附加信息。而消息體與消息頭之間需要以空行分開，防止邊界問題，消息體中裝有客服端向服務端傳輸的數據，只有POST方式纔有消息體。(客服端向服務端發送請求的數據包結構)

4，HTTP響應消息的結構：包括狀態行，消息頭，空行，消息體。狀態行包含客服端請求的處理結果，如：”HTTP/1.1 200 OK” 我想用HTTP1.1版本進行響應，你的請求以正確處理(200 OK)，這個數字狀態碼典型的有這麼幾種：200 0K表成功處理了請求，404 Not Found表請求的文件不存在，400 Bad Request表請求方式錯誤，請檢查。消息頭中則包含傳輸數據的類型，長度等信息。最後插入1個空格後是消息體，發送給客服端的文件數據。(服務端響應客服端請求的數據包結構)

一、http服務器實現的基本框架

• 關於HTTP協議 即超文本傳輸協議，是互聯網上應用最廣泛的網絡協議。它是應用層的協議，底層是基於TCP通信的。HTTP協議的工作過程：客戶通過瀏覽器向服務器發送文檔請求，瀏覽器將請求的資源迴應給瀏覽器，然後關閉連接。即：連接->請求->響應->關閉連接。
• 關於URL 即統一資源定位符，每個網頁都對應一個URL地址（俗稱網址），具有全球唯一性。它包含的信息指出文件的位置以及瀏覽器應該怎麼處理它。 一個完整的URL包括協議類型、主機類型、路徑和文件名。 http協議的URL格式： http: //host[:port][abs_path] ，http表示使用http協議來進行資源定位；host是主機域名；port是端口號，一般有默認的；abs_path代表資源的路徑。 這裏我主要介紹項目中涉及的URL的兩種格式—URL帶參數和不帶參數的。

GET方法使用的是帶參數的URL，即傳遞的參數會使用？連接在資源路徑後邊；POST方法使用的是不帶參數的URL，它的參數是通過http請求報頭中的請求消息體傳遞給服務器的。

• 關於HTTP的請求與響應格式

響應報頭中的狀態碼和狀態碼描述，例如：當請求的資源不存在時，會收到“404 NotFound”的頁面，404就是狀態碼，“NotFound”就是狀態碼描述，即請求的文件不存在。

二、基於Linux的多線程Web服務器端

這裏Web服務端是用的多線程併發方式，而沒有使用IOCP或epoll模型，因爲客服端和服務端交換1次數據後就立即斷開連接，沒有足夠時間發揮IPCP或epoll的優勢。在服務端和客服端保持較長連接的前提下頻繁發送大小不一的消息時(最典型的就是網遊服務器)，才能真正發揮出這2種模型的優勢。

//
//  main.cpp
//  hello_server
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//  Copyright (c) 2015年 app05. All rights reserved.
//

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <pthread.h>

#define BUF_SIZE 1024
#define SMALL_BUF 100

void * request_handler(void * arg);   //線程入口函數
void send_data(FILE *fp, char * ct, char * file_name); //向瀏覽器客服端發送數據
char * content_type(char *file); //數據類型
void send_error(FILE *fp);  //發送錯誤處理數據
void error_handling(char *message); //控制檯錯誤打印

int main(int argc, char *argv[])
{
    int serv_sock, clnt_sock;
    struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
    socklen_t clnt_adr_sz;
    char buf[BUF_SIZE];
    pthread_t t_id;

    if (argc != 2) {
        printf("Usage : %s <port> \n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
    serv_adr.sin_family = AF_INET;
    serv_adr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));

    if(bind(serv_sock, (struct sockaddr *) &serv_adr, sizeof(serv_adr)) == -1)
        error_handling("bind() error");
    if(listen(serv_sock, 5) == -1)
        error_handling("listen() error");

    while (1)
    {
        clnt_adr_sz = sizeof(clnt_adr);
        clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_adr, &clnt_adr_sz);
        printf("Connection Request: %s : %d\n", inet_ntoa(clnt_adr.sin_addr), ntohs(clnt_adr.sin_port));//連接的客服端IP與端口

        //多線程
        pthread_create(&t_id, NULL, request_handler, (void*) &clnt_sock);
        pthread_detach(t_id);
    }
    close(serv_sock);
    return 0;
}

//客服端請求消息處理
void * request_handler(void *arg)
{
    int clnt_sock = *((int *)arg);
    char req_line[SMALL_BUF];
    FILE *clnt_read;
    FILE *clnt_write;

    char method[10];
    char ct[15];
    char file_name[30];

    /*將套接字轉換爲標準I/O操作*/
    clnt_read = fdopen(clnt_sock, "r");
    clnt_write = fdopen(dup(clnt_sock), "w");
    fgets(req_line, SMALL_BUF, clnt_read);//保存請求行數據
    if (strstr(req_line, "HTTP/") == NULL) //查看是否爲HTTP提出的請求
    {
        send_error(clnt_write);
        fclose(clnt_read);
        fclose(clnt_write);
        return NULL;
    }

    strcpy(method, strtok(req_line, " /"));  //請求方式
    strcpy(file_name, strtok(NULL, " /"));  //請求的文件名
    strcpy(ct, content_type(file_name));   //請求內容類型
    if (strcmp(method, "GET") != 0)  //是否爲GET請求
    {
        send_error(clnt_write);
        fclose(clnt_read);
        fclose(clnt_write);
        return NULL;
    }

    fclose(clnt_read);
    send_data(clnt_write, ct, file_name); //響應給客服端
    return NULL;
}

//服務端響應消息
void send_data(FILE *fp, char *ct, char *file_name)
{
    char protocol[] = "HTTP/1.0 200 OK\r\n";  //狀態行(用HTTP1.1版本進行響應，你的請求已經正確處理)
    char server[] = "Server: Linux Web Server \r\n"; //服務端名
    char cnt_len[] = "Content-length: 2048\r\n";  //數據長度不超過2048
    char cnt_type[SMALL_BUF];
    char buf[BUF_SIZE];
    FILE *send_file;

    sprintf(cnt_type, "Content-type: %s\r\n\r\n", ct);
    send_file = fopen(file_name, "r"); //讀本地配置文件
    if (send_file == NULL)
    {
        send_error(fp);
        return;
    }

    /*傳輸頭信息*/
    fputs(protocol, fp);
    fputs(server, fp);
    fputs(cnt_len, fp);
    fputs(cnt_type, fp);

    /*傳輸請求數據*/
    while (fgets(buf, BUF_SIZE, send_file) != NULL)
    {
        fputs(buf, fp);
        fflush(fp);
    }
    fflush(fp);
    fclose(fp);   //服務端響應客服端請求後立即斷開連接（短鏈接）
}

//請求數據的類型
char * content_type(char *file)
{
    char extension[SMALL_BUF];
    char file_name[SMALL_BUF];
    strcpy(file_name, file);
    strtok(file_name, ".");
    strcpy(extension, strtok(NULL, "."));

    if (!strcmp(extension, "html") || !strcmp(extension, "htm"))
        return "text/html";  //html格式的文本數據
    else
        return "text/plain";
}

//發送客服端錯誤處理
void send_error(FILE *fp)
{
    char protocol[] = "HTTP/1.0 400 Bad Request\r\n";  //請求文件不存在
    char server[] = "Server: Linux Web Server \r\n";
    char cnt_len[] = "Content-length: 2048\r\n";
    char cnt_type[] = "Content-type: text/html\r\n\r\n";
    char content[] = "發生錯誤！查看請求文件名和請求方式！";

    fputs(protocol, fp);
    fputs(server, fp);
    fputs(cnt_len, fp);
    fputs(cnt_type, fp);
    fputs(content, fp);
    fflush(fp);
    fclose(fp);
}

//控制檯錯誤打印
void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

打開瀏覽器，地址欄輸入服務端的IP，端口，請求的文件名信息訪問服務器：http://192.168.0.185:8389/index.html。(測試：index.html：在本地用記事本自己隨便寫點東西保存爲html格式即可)

最後說一句啦。本網絡編程入門系列博客是連載學習的，有興趣的可以看我博客其他篇。。。。

參考博客：https://blog.csdn.net/u010223072/article/category/2948583

參考博客：https://blog.csdn.net/qq_33951180/article/details/70239745

參考書籍：《TCP/IP網絡編程 ---尹聖雨》