C 实现一个简易的Http服务器

引言

　　做一个老实人挺好的,至少还觉得自己挺老实的.

再分享一首 自己喜欢的诗人的一首 情景诗. 每个人总会有问题,至少喜欢就好,

本文 参照

　　http 协议   http://www.cnblogs.com/rayray/p/3729533.html

　　html格式   http://blog.csdn.net/allenjy123/article/details/7375029

　　tinyhttpd 源码    https://github.com/EZLippi/Tinyhttpd

附录 本文最后完稿的资源

　　httpd 源码打包  http://download.csdn.net/detail/wangzhione/9461441

通过本文练习, 至少会学会 Linux上fork用法, pipe管道用法0读1写, pthread用法等.

其它的都是业务解析内容.

前言

　　讲的不好望见谅, 因为很多东西需要自己去写一写就有感悟了. 看懂源码和会改源码是两码事. 和 会优化更不同了.

凡事多练习. 不懂也都懂了. 我们先说一下总的结构.

client.c 是一个简易的 测试 http请求的客户端

httpd.c 使我们重点要说的 小型简易的Linux上的http服务器

index.html 测试网页 是client.c 想请求的网页

Makefile 编译文件.

这里先总的展示一下 httpd.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdint.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>

// --------------------------------------- 辅助参数宏 ----------------------------------------------
/*
 * c 如果是空白字符返回 true, 否则返回false
 * c : 必须是 int 值,最好是 char 范围
 */
#define sh_isspace(c) \
    ((c==‘ ‘)||(c>=‘\t‘&&c<=‘\r‘))

//4.0 控制台打印错误信息, fmt必须是双引号括起来的宏
#define CERR(fmt, ...) \
    fprintf(stderr,"[%s:%s:%d][error %d:%s]" fmt "\r\n",         __FILE__, __func__, __LINE__, errno, strerror(errno),##__VA_ARGS__)

//4.1 控制台打印错误信息并退出, t同样fmt必须是 ""括起来的字符串常量
#define CERR_EXIT(fmt,...) \
    CERR(fmt,##__VA_ARGS__),exit(EXIT_FAILURE)

//4.3 if 的 代码检测
#define IF_CHECK(code)        if((code) < 0)         CERR_EXIT(#code)

// --------------------------------------- 辅助变量宏 和 声明 ------------------------------------------

// char[]缓冲区大小
#define _INT_BUF (1024)
// listen监听队列的大小
#define _INT_LIS (7)

/*
 * 读取文件描述符 fd 一行的内容,保存在buf中,返回读取内容长度
 * fd        : 文件描述符
 * buf        : 保存的内容
 * sz        : buf 的大小
 *            : 返回读取的长度
 */
int getfdline(int fd, char buf[], int sz);

// 返回400 请求解析失败,客户端代码错误
extern inline void response_400(int cfd);

// 返回404 文件内容, 请求文件没有找见
extern inline void response_404(int cfd);

// 返回501 错误, 不支持的请求
extern inline void response_501(int cfd);

// 服务器内部错误,无法处理等
extern inline void response_500(int cfd);

// 返回200 请求成功 内容, 后面可以加上其它参数,处理文件输出
extern inline void response_200(int cfd);

/*
 * 将文件 发送给客户端
 * cfd        : 客户端文件描述符
 * path        : 发送的文件路径
 */
void response_file(int cfd, const char* path);

/*
 * 返回启动的服务器描述符(句柄), 这里没有采用8080端口,防止冲突,用了随机端口
 * pport     : 输出参数和输出参数, 如果传入NULL,将不返回自动分配的端口
 *             : 返回 启动的文件描述符
 */
int serstart(uint16_t* pport);

/*
 * 在客户端链接过来,多线程处理的函数
 * arg        : 传入的参数, 客户端文件描述符 (int)arg
 *             : 返回处理结果,这里默认返回 NULL
 */
void* request_accept(void* arg);

/*
 * 处理客户端的http请求.
 * cfd        : 客户端文件描述符
 * path        : 请求的文件路径
 * type        : 请求类型,默认是POST,其它是GET
 * query    : 请求发送的过来的数据, url ? 后面那些数据
 */
void request_cgi(int cfd, const char* path, const char* type, const char* query);

/*
 * 主逻辑,启动服务,可以做成守护进程.
 * 具体的实现逻辑, 启动小型玩乐级别的httpd 服务
 */
int main(int argc, char* argv[])
{
    pthread_attr_t attr;
    uint16_t port = 0;
    int sfd = serstart(&port);

    printf("httpd running on port %u.\n", port);
    // 初始化线程属性
    pthread_attr_init(&attr);
    pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);
    for(;;){
        pthread_t tid;
        struct sockaddr_in caddr;
        socklen_t clen = sizeof caddr;
        int cfd = accept(sfd, (struct sockaddr*)&caddr, &clen);
        if(cfd < 0){
            CERR("accept sfd = %d is error!", sfd);
            break;
        }
        if(pthread_create(&tid, &attr, request_accept, (void*)cfd) < 0)
            CERR("pthread_create run is error!");
    }
    // 销毁吧, 一切都结束了
    pthread_attr_destroy(&attr);
    close(sfd);
    return 0;
}

// ----------------------------------------- 具体的函数实现过程 ------------------------------------------------

/*
 * 读取文件描述符 fd 一行的内容,保存在buf中,返回读取内容长度
 * fd        : 文件描述符
 * buf        : 保存的内容
 * sz        : buf 的大小
 *            : 返回读取的长度
 */
int
getfdline(int fd, char buf[], int sz)
{
    char* tp = buf;
    char c;

    --sz;
    while((tp-buf)<sz){
        if(read(fd, &c, 1) <= 0) //伪造结束条件
            break;
        if(c == ‘\r‘){ //全部以\r分割
            if(recv(fd, &c, 1, MSG_PEEK)>0 && c == ‘\n‘)
                read(fd, &c, 1);
            else //意外的结束,填充 \n 结束读取
                *tp++ = ‘\n‘;
            break;
        }
        *tp++ = c;
    }
    *tp = ‘\0‘;
    return tp - buf;
}

// 返回400 请求解析失败,客户端代码错误
inline void
response_400(int cfd)
{
    const char* estr = "HTTP/1.0 400 BAD REQUEST\r\n"
    "Server: wz simple httpd 1.0\r\n"
    "Content-Type: text/html\r\n"
    "\r\n"
    "<p>你的请求有问题,请检查语法!</p>\r\n";

    write(cfd, estr, strlen(estr));
}

// 返回404 文件内容, 请求文件没有找见
inline void
response_404(int cfd)
{
    const char* estr = "HTTP/1.0 404 NOT FOUND\r\n"
    "Server: wz simple httpd 1.0\r\n"
    "Content-Type: text/html\r\n"
    "\r\n"
    "<html>"
    "<head><title>你请求的界面被查水表了!</title></head>\r\n"
    "<body><p>404: 估计是回不来了</p></body>"
    "</html>";

    //开始发送数据
    write(cfd, estr, strlen(estr));
}

// 返回501 错误, 请求解析失败,不支持的请求
inline void
response_501(int cfd)
{
    const char* estr = "HTTP/1.0 501 Method Not Implemented\r\n"
    "Server: wz simple httpd 1.0\r\n"
    "Content-Type: text/html\r\n"
    "\r\n"
    "<html>"
    "<head><title>小伙子不要乱请求</title></head>\r\n"
    "<body><p>too young too simple, 年轻人别总想弄出个大新闻.</p></body>"
    "</html>";

    //这里还有一个好的做法是将这些内容定义在文件中输出文件
    write(cfd, estr, strlen(estr));
}

// 服务器内部错误,无法处理等
inline void
response_500(int cfd)
{
    const char* estr = "HTTP/1.0 500 Internal Server Error\r\n"
    "Server: wz simple httpd 1.0\r\n"
    "Content-Type: text/html\r\n"
    "\r\n"
    "<html>"
    "<head><title>Sorry </title></head>\r\n"
    "<body><p>最近有点方了!</p></body>"
    "</html>";

    write(cfd, estr, strlen(estr));
}

// 返回200 请求成功 内容, 后面可以加上其它参数,处理文件输出
inline void
response_200(int cfd)
{
    // 打印返回200的报文头
    const char* str = "HTTP/1.0 200 OK\r\n"
    "Server: wz simple httpd 1.0\r\n"
    "Content-Type: text/html\r\n"
    "\r\n";

    write(cfd, str, strlen(str));
}

/*
 * 将文件 发送给客户端
 * cfd        : 客户端文件描述符
 * path        : 发送的文件路径
 */
void
response_file(int cfd, const char* path)
{
    FILE* txt;
    char buf[_INT_BUF];

    // 读取报文头,就是过滤
    while(getfdline(cfd, buf, sizeof buf)>0 && strcmp("\n", buf))
        ;
    // 这里开始处理 文件内容
    if((txt = fopen(path, "r")) == NULL) //文件解析错误,给它个404
        response_404(cfd);
    else{
        response_200(cfd); //发送给200的报文头过去
        // 先判断文件内容存在
        while(!feof(txt) && fgets(buf, sizeof buf, txt))
            write(cfd, buf, strlen(buf));
    }
    fclose(txt);
}

/*
 * 返回启动的服务器描述符(句柄)
 * pport     : 输出参数和输出参数, 如果传入NULL,将不返回自动分配的端口
 *             : 返回 启动的文件描述符
 */
int
serstart(uint16_t* pport)
{
    int sfd;
    struct sockaddr_in saddr = { AF_INET };

    IF_CHECK(sfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0));
    saddr.sin_port = !pport || !*pport ? 0 : htons(*pport);
    saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    // 绑定一下端口信息
    IF_CHECK(bind(sfd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof saddr));
    if(pport && !*pport){
        socklen_t clen = sizeof saddr;
        IF_CHECK(getsockname(sfd, (struct sockaddr*)&saddr, &clen));
        *pport = ntohs(saddr.sin_port);
    }
    // 开启监听任务
    IF_CHECK(listen(sfd, _INT_LIS));
    return sfd;
}

/*
 * 在客户端链接过来,多线程处理的函数
 * arg        : 传入的参数, 客户端文件描述符 (int)arg
 *             : 返回处理结果,这里默认返回 NULL
 */
void*
request_accept(void* arg)
{
    char buf[_INT_BUF], path[_INT_BUF>>1], type[_INT_BUF>>5];
    char *lt, *rt, *query, *nb = buf;
    struct stat st;
    int iscgi, cfd = (int)arg;

    if(getfdline(cfd, buf, sizeof buf) <= 0){ //请求错误
        response_501(cfd);
        close(cfd);
        return NULL;
    }
    // 合法请求处理
    for(lt=type, rt=nb; !sh_isspace(*rt) && (lt-type)< sizeof type - 1; *lt++ = *rt++)
        ;
    *lt = ‘\0‘; //已经将 buf中开始不为empty 部分塞入了 type 中
    //同样处理合法与否判断, 出错了直接返回错误结果
    if((iscgi = strcasecmp(type, "POST")) && strcasecmp(type, "GET")){
        response_501(cfd);
        close(cfd);
        return NULL;
    }
    // 在buf中 去掉空字符
    while(*rt && sh_isspace(*rt))
        ++rt;
    // 这里得到路径信息
    *path = ‘.‘;
    for(lt = path + 1; (lt-path)<sizeof path - 1 && !sh_isspace(*rt); *lt++ = *rt++)
        ;
    *lt = ‘\0‘; //query url路径就拼接好了

    //单独处理 get 获取 ? 后面数据, 不是POST那就是GET
    if(iscgi != 0){
        for(query = path; *query && *query != ‘?‘; ++query)
            ;
        if(*query == ‘?‘){
            iscgi = 0;
            *query++ = ‘\0‘;
        }
    }

    // type , path 和 query 已经构建好了
    if(stat(path, &st) < 0){
        while(getfdline(cfd, buf, sizeof buf)>0 && strcmp("\n", buf))// 读取内容直到结束
            ;
        response_404(cfd);
        close(cfd);
        return NULL;
    }
    // 合法情况, 执行,写入,读取权限
    if ((st.st_mode & S_IXUSR) ||(st.st_mode & S_IXGRP) ||(st.st_mode & S_IXOTH))
        iscgi = 0;
    if(iscgi) //没有cgi
        response_file(cfd, path);
    else
        request_cgi(cfd, path, type, query);

    close(cfd);
    return NULL;
}

/*
 * 处理客户端的http请求.
 * cfd        : 客户端文件描述符
 * path        : 请求的文件路径
 * type        : 请求类型,默认是POST,其它是GET
 * query    : 请求发送的过来的数据, url ? 后面那些数据
 */
void
request_cgi(int cfd, const char* path, const char* type, const char* query)
{
    char buf[_INT_BUF];
    int pocgi[2], picgi[2];
    pid_t pid;
    int contlen = -1; //报文长度
    char c;

    if(strcasecmp(type, "POST") == 0){
        while(getfdline(cfd, buf, sizeof buf)>0 && strcmp("\n", buf)){
            buf[15] = ‘\0‘;
            if(!strcasecmp(buf, "Content-Length:"))
                contlen = atoi(buf + 16);
        }
        if(contlen == -1){ //错误的报文,直接返回错误结果
            response_400(cfd);
            return;
        }
    }
    else{ // 读取报文头,就是过滤, 后面就假定是 GET
        while(getfdline(cfd, buf, sizeof buf)>0 && strcmp("\n", buf))
            ;
    }

    //这里处理请求内容, 先处理错误信息
    if(pipe(pocgi) < 0){
        response_500(cfd);
        return;
    }
    if(pipe(picgi) < 0){ //管道 是 0读取, 1写入
        close(pocgi[0]), close(pocgi[1]);
        response_500(cfd);
        return;
    }
    if((pid = fork())<0){
        close(pocgi[0]), close(pocgi[1]);
        close(picgi[0]), close(picgi[1]);
        response_500(cfd);
        return;
    }
    // 这里就是多进程处理了, 先处理子进程
    if(pid == 0) {
        // dup2 让 前者共享后者同样的文件表
        dup2(pocgi[1], STDOUT_FILENO); //标准输出算作 pocgi管道 的写入端
        dup2(picgi[0], STDIN_FILENO); //标准输入做为picgif管道的读取端
        close(pocgi[0]);
        close(pocgi[1]);

        // 添加环境变量,用于当前会话中
        sprintf(buf, "REQUEST_METHOD=%s", type);
        putenv(buf);
        // 继续凑环境变量串,放到当前会话种
        if(strcasecmp(buf, "POST") == 0)
            sprintf(buf, "CONTENT_LENGTH=%d", contlen);
        else
            sprintf(buf, "QUERY_STRING=%s", query);
        putenv(buf);
        // 成功的话调到 新的执行体上
        execl(path, path, NULL);

        // 这行代码原本是不用的, 但是防止 execl执行失败, 子进程没有退出.妙招
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }
    // 父进程, 为所欲为了,先发送个OK
    write(cfd, "HTTP/1.0 200 OK\r\n", 17);
    close(pocgi[1]);
    close(picgi[0]);

    if(strcasecmp(type, "POST") == 0){
        int i; //将数据都写入到 picgi 管道中, 让子进程在 picgi[0]中读取 => STDIN_FILENO
        for(i=0; i<contlen; ++i){
            read(cfd, &c, 1);
            write(picgi[1], &c, 1);
        }
    }
    //从子进程中 读取数据 发送给客户端, 多线程跨进程阻塞模型
    while(read(pocgi[0], &c, 1) > 0)
        write(cfd, &c, 1);

    close(pocgi[0]);
    close(picgi[1]);
    //等待子进程结束
    waitpid(pid, NULL, 0);
}

我们看见 上面 函数 解释的很清楚, 对于 response_* 响应部分占了大头的一半.其实本质也就200行左右. 很适合临摹一下.

正文

　　现在到了正文,说的很水. 再扯一点. 自己学习反人类的库libuv, 就是note.js 底层通信的那套网络库. 也就是看官方的demo

一个个的临摹. 了解的. 也就会用. 后面也就简易的看看源码. 也就懂了. 最经看的深入之后还是觉得,越简单越直白越好.封装太多了,

容易绕晕自己,而且很多功能用不上,遇到bug了又得查看繁琐的万行源码.

　　总结就是, 学好基础 问题, 走到哪里都容易, 至少能做. 做的好不好, 以后再说.

那我们分析了. 第一个 看下面函数声明

// 返回400 请求解析失败,客户端代码错误
extern inline void response_400(int cfd);

这里使用了C的内联函数, 内联函数声明必须要有inline.否则编译器解析 函数名称会不一致找不见. 再扯一点对于

strcasecmp 其实是 linux上提供的函数 , window上使用需要做额外配置. 说白了就是不跨平台. 下面一种跨平台的实现如下

/*
 * 这是个不区分大小写的比较函数
 * ls        : 左边比较字符串
 * rs        : 右边比较字符串
 *            : 返回 ls>rs => >0 ; ls = rs => 0 ; ls<rs => <0
 */
int
str_icmp(const char* ls, const char* rs)
{
    int l, r;
    if(!ls || !rs)
        return (int)(ls - rs);

    do {
        if((l=*ls++)>=‘a‘ && l<=‘z‘)
            l -= ‘a‘ - ‘A‘;
        if((r=*rs++)>=‘a‘ && r<=‘z‘)
            r -= ‘a‘ - ‘A‘;
    } while(l && l==r);

    return l-r;
}

参照编译器源码给的一种实现. 性能方面基本上还可以. 这里再扯一点. 为什么C中常说用指针速度快.

分析如下 普通的 a[6] ,访问过程是 先取a首地址,再取a+6地址后面 取*(a+6)的值.

而如果直接用 ptr = a, ++ => ptr -> a+6 那就省略了一步 a+6的问题. 所以快一点.

再扯一点 a[6]其实就是语法糖, 本质也就是 *(a + 6), 通过这个推广, a[-1] 也合法 等价于 *(a - 1).

后面再简单分析一下 细节

我们总的思路是 服务器httpd 采用多线程接收客户端请求. 再分析报文, 主要是分get请求和post请求.

get请求直接请求, 如果get 后面有? 或post请求 走 cgi 动态处理界面.

说白都很简单, http 是在tcp 基础上添加了 http报文的基础解析内容. 本质是业务逻辑的处理.

这里继续说一说 本文中采用的管道细节

    //这里处理请求内容, 先处理错误信息
    if(pipe(pocgi) < 0){
        response_500(cfd);
        return;
    }
    if(pipe(picgi) < 0){ //管道 是 0读取, 1写入
        close(pocgi[0]), close(pocgi[1]);
        response_500(cfd);
        return;
    }
    if((pid = fork())<0){
        close(pocgi[0]), close(pocgi[1]);
        close(picgi[0]), close(picgi[1]);
        response_500(cfd);
        return;
    }

这里是请求失败会相应释放打开的端口. 理论上在exit之后系统会自动回收打开的端口.但是不及时.

对于上面管道 是 子进程充定向管道为标准输入输出. 父进程向管道中写入给子进程标准输入输出. 这就是传说的cgi.

最后说明一段代码

/*
 * 主逻辑,启动服务,可以做成守护进程.
 * 具体的实现逻辑, 启动小型玩乐级别的httpd 服务
 */
int main(int argc, char* argv[])
{
    pthread_attr_t attr;
    uint16_t port = 0;
    int sfd = serstart(&port);

    printf("httpd running on port %u.\n", port);
    // 初始化线程属性
    pthread_attr_init(&attr);
    pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);
    for(;;){
        pthread_t tid;
        struct sockaddr_in caddr;
        socklen_t clen = sizeof caddr;
        int cfd = accept(sfd, (struct sockaddr*)&caddr, &clen);
        if(cfd < 0){
            CERR("accept sfd = %d is error!", sfd);
            break;
        }
        if(pthread_create(&tid, &attr, request_accept, (void*)cfd) < 0)
            CERR("pthread_create run is error!");
    }
    // 销毁吧, 一切都结束了
    pthread_attr_destroy(&attr);
    close(sfd);
    return 0;
}

这是主业务, 亮点在于 pthread_attr 这块, 添加了线程分离属性, 自己回收. 不需要内核继续保存线程尸体.

最后记得释放.

到这里基本细节我们都说完了. 对于 serstart 中采用了随机端口, 是为了不合 服务器可能的http服务8080端口冲突, 就来个随机端口.

对于socket 采用0端口,意思就是操作系统随机分配.

测试

　　下面我们开始测试测试 的 client.c 代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

//4.0 控制台打印错误信息, fmt必须是双引号括起来的宏
#define CERR(fmt, ...) \
    fprintf(stderr,"[%s:%s:%d][error %d:%s]" fmt "\r\n",         __FILE__, __func__, __LINE__, errno, strerror(errno),##__VA_ARGS__)

//4.1 控制台打印错误信息并退出, t同样fmt必须是 ""括起来的字符串常量
#define CERR_EXIT(fmt,...) \
    CERR(fmt,##__VA_ARGS__),exit(EXIT_FAILURE)

//4.3 if 的 代码检测
#define IF_CHECK(code)        if((code) < 0)         CERR_EXIT(#code)

//待拼接的字符串
#define _STR_HTTP_1 "GET /index.html HTTP/1.0\r\nUser-Agent: Happy is good.\r\nHost: 127.0.0.1:"
#define _STR_HTTP_3 "\r\nConnection: close\r\n\r\n"

// 简单请求一下
int main(int argc, char* argv[])
{
    char buf[1024];
    int sfd;
    struct sockaddr_in saddr = { AF_INET };
    int len, port;
    // argc 默认为1 第一个参数 就是 执行程序串
    if((argc != 2) || (port=atoi(argv[1])) <= 0 )
        CERR_EXIT("Usage: %s [port]", argv[0]);

    // 开始了,就这样了
    IF_CHECK(sfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0));
    saddr.sin_port = htons(port);
    saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    IF_CHECK(connect(sfd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof saddr));

    //开始发送请求
    strcpy(buf, _STR_HTTP_1);
    strcat(buf, argv[1]);
    strcat(buf, _STR_HTTP_3);
    write(sfd, buf, strlen(buf));

    //读取所哟内容
    while((len = read(sfd, buf, sizeof buf - 1))){
        buf[len] = ‘\0‘;
        printf("%s", buf);
    }
    putchar(‘\n‘);    

    close(sfd);
    return 0;
}

这里就简单向httpd 发送get 请求 index.html界面. 这里再扯一点, 这个httpd 许多细节没有考虑,容错性不是那么健全.

这些都好做,只要理解了实现思路和详细了解HTTP协议就可以写出好的HTTP知识,当然TCP的功底不可或缺,这点也很有挑战.

对于index.html 界面如下

<html>
<head>
    <title> 有意思 </title>
</head>
<body>
    <p> 只有野兽不会欺骗 <p>
</body>
</html>

最后上 Makefile

all:httpd.out client.out

httpd.out:httpd.c
    gcc -g -Wall -o [email protected] $^ -lpthread
client.out:client.c
    gcc -g -Wall -o [email protected] $^

最后执行结果示意图图如下,先启动 httpd服务器

后面开启http测试机, 需要输入端口34704 如下

到这里我们至少简单测试都过了.

一切都是那么自然而然. 前提你要个节奏,这个你能坚持. 节奏很重要, 装逼是次要的.下次有机会再分享

开发中需要用到的一些开发模型和细节. 或者分享简单高效的网络库知识. 最后扯一点, 都是从不懂,一点都不懂

坚持临摹开始的.后面就懂了, 只有不懂和痛苦,恶心才会有点意思.哈哈.

后记

　　错误是难免的, 欢迎交流, 拜~~~