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【原】C 語言實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的 web 服務(wù)器

 C語言與CPP編程 2021-12-15

說到 web 服務(wù)器想必大多數(shù)人首先想到的協(xié)議是 http，那么 http 之下則是 tcp，本篇文章將通過 tcp 來實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的 web 服務(wù)器。

本篇文章將著重講解如何實(shí)現(xiàn)，對(duì)于 http 與 tcp 的概念本篇將不過多講解。

一、了解 Socket 及 web 服務(wù)工作原理

既然是基于 tcp 實(shí)現(xiàn) web 服務(wù)器，很多學(xué)習(xí) C 語言的小伙伴可能會(huì)很快的想到套接字 socket。socket 是一個(gè)較為抽象的通信進(jìn)程，或者說是主機(jī)與主機(jī)進(jìn)行信息交互的一種抽象。socket 可以將數(shù)據(jù)流送入網(wǎng)絡(luò)中，也可以接收數(shù)據(jù)流。

socket 的信息交互與本地文件信息的讀取從表面特征上看類似，但其中所存在的編寫復(fù)雜度是本地 IO 不能比擬的，但卻有相似點(diǎn)。在 win 下 socket 的交互交互步驟為：WSAStartup 進(jìn)行初始化--> socket 創(chuàng)建套接字--> bind 綁定--> listen 監(jiān)聽--> connect 連接--> accept 接收請(qǐng)求--> send/recv 發(fā)送或接收數(shù)據(jù)--> closesocket 關(guān)閉 socket--> WSACleanup 最終關(guān)閉。

了解完了一個(gè) socket 的基本步驟后我們了解一下一個(gè)基本 web 請(qǐng)求的用戶常規(guī)操作，操作分為：打開瀏覽器-->輸入資源地址 ip 地址-->得到資源。當(dāng)目標(biāo)服務(wù)器接收到該操作產(chǎn)生掉請(qǐng)求后，我們可以把服務(wù)器的響應(yīng)流程步驟看為：獲得 request 請(qǐng)求-->得到請(qǐng)求關(guān)鍵數(shù)據(jù)-->獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)-->發(fā)送關(guān)鍵數(shù)據(jù)。服務(wù)器的這一步流程是在啟動(dòng)socket 進(jìn)行監(jiān)聽后才能響應(yīng)。通過監(jiān)聽得知接收到請(qǐng)求，使用 recv 接收請(qǐng)求數(shù)據(jù)，從而根據(jù)該參數(shù)得到進(jìn)行資源獲取，最后通過 send 將數(shù)據(jù)進(jìn)行返回。

二、創(chuàng)建sokect完成監(jiān)聽

2.1 WSAStartup初始化

首先在c語言頭文件中引入依賴 WinSock2.h：

#include <WinSock2.h>

在第一點(diǎn)中對(duì) socket 的創(chuàng)建步驟已有說明，首先需要完成 socket 的初始化操作，使用函數(shù) WSAStartup，該函數(shù)的原型為：

int WSAStartup(
  WORD      wVersionRequired,
  LPWSADATA lpWSAData
);

該函數(shù)的參數(shù) wVersionRequired 表示 WinSock2 的版本號(hào)；lpWSAData 參數(shù)為指向 WSADATA 的指針，WSADATA 結(jié)構(gòu)用于 WSAStartup 初始化后返回的信息。

wVersionRequired 可以使用 MAKEWORD 生成，在這里可以使用版本 1.1 或版本2.2，1.1 只支持 TCP/IP，版本 2.1 則會(huì)有更多的支持，在此我們選擇版本 1.1。

首先聲明一個(gè) WSADATA 結(jié)構(gòu)體  ：

WSADATA wsaData;

隨后傳參至初始化函數(shù) WSAStartup 完成初始化：

WSAStartup(MAKEWORD(1, 1), &wsaData)

WSAStartup 若初始化失敗則會(huì)返回非0值：

if (WSAStartup(MAKEWORD(1, 1), &wsaData) != 0) 
{
 exit(1);
}

2.2 創(chuàng)建socket 套接字

初始化完畢后開始創(chuàng)建套接字，套接字創(chuàng)建使用函數(shù)，函數(shù)原型為：

SOCKET WSAAPI socket(
  int af,
  int type,
  int protocol
);

在函數(shù)原型中，af 表示 IP 地址類型，使用 PF_INET 表示 IPV4，type 表示使用哪種通信類型，例如 SOCK_STREAM 表示 TCP，protocol 表示傳輸協(xié)議，使用 0 會(huì)根據(jù)前 2 個(gè)參數(shù)使用默認(rèn)值。

int skt = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);

創(chuàng)建完 socket 后，若為 -1 表示創(chuàng)建失敗，進(jìn)行判斷如下：

if (skt == -1) 
{         
 return -1;
}

2.3 綁定服務(wù)器

創(chuàng)建完 socket 后需要對(duì)服務(wù)器進(jìn)行綁定，配置端口信息、IP 地址等。 首先查看 bind 函數(shù)需要哪一些參數(shù)，函數(shù)原型如下：

int bind(
  SOCKET         socket,
  const sockaddr *addr,
  int            addrlen
);

參數(shù) socket 表示綁定的 socket，傳入 socket 即可；addr 為 sockaddr_in 的結(jié)構(gòu)體變量的指針，在 sockaddr_in 結(jié)構(gòu)體變量中配置一些服務(wù)器信息；addrlen 為 addr 的大小值。

通過 bind 函數(shù)原型得知了我們所需要的數(shù)據(jù)，接下來創(chuàng)建一個(gè) sockaddr_in 結(jié)構(gòu)體變量用于配置服務(wù)器信息：

struct sockaddr_in server_addr;

隨后配置地址家族為AF_INET對(duì)應(yīng)TCP/IP：

server_addr.sin_family = AF_INET;

接著配置端口信息：

server_addr.sin_port = htons(8080);

再指定 ip 地址：

server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

ip 地址若不確定可以手動(dòng)輸入，最后使用神器 memset 初始化內(nèi)存，完整代碼如下：

//配置服務(wù)器 
struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(8080);
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
memset(&(server_addr.sin_zero), '\0', 8);

隨后使用 bind 函數(shù)進(jìn)行綁定且進(jìn)行判斷是否綁定成功：

//綁定
if (bind(skt, (struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(server_addr)) == -1) {       
 return -1; 
} 

2.4 listen進(jìn)行監(jiān)聽

綁定成功后開始對(duì)端口進(jìn)行監(jiān)聽。查看 listen 函數(shù)原型：

int listen(
 int sockfd, 
 int backlog
)

函數(shù)原型中，參數(shù) sockfd 表示監(jiān)聽的套接字，backlog 為設(shè)置內(nèi)核中的某一些處理（此處不進(jìn)行深入講解），直接設(shè)置成 10 即可，最大上限為 128。使用監(jiān)聽并且判斷是否成功代碼為：

if (listen(skt, 10) == -1 ) {    
 return -1;
}

此階段完整代碼如下：

#include <WinSock2.h>
#include<stdio.h> 
int main(){
 //初始化 
 WSADATA wsaData;
 if (WSAStartup(MAKEWORD(1, 1), &wsaData) != 0) {
  exit(1);
 }
 //socket創(chuàng)建 
 int skt = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 if (skt == -1) {         
  return -1;
 }
 //配置服務(wù)器 
 struct sockaddr_in server_addr;
 server_addr.sin_family = AF_INET;
 server_addr.sin_port = htons(8080);
 server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
 memset(&(server_addr.sin_zero), '\0', 8);
 //綁定
 if (bind(skt, (struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(server_addr)) == -1){       
  return -1; 
 } 
 //監(jiān)聽 
 if (listen(skt, 10) == -1 ) {    
  return -1;
 }
 
 printf("Listening ... ...\n");
}

運(yùn)行代碼可得知代碼無錯(cuò)誤，并且輸出 listening：

在這里插入圖片描述

2.5 獲取請(qǐng)求

監(jiān)聽完成后開始獲取請(qǐng)求。受限需要使用 accept 對(duì)套接字進(jìn)行連接，accept 函數(shù)原型如下：

int accept(
 int sockfd,
 struct sockaddr *addr,
 socklen_t *addrlen
 );

參數(shù) sockfd 為指定的套接字；addr 為指向 struct sockaddr 的指針，一般為客戶端地址；addrlen 一般設(shè)置為設(shè)置為 sizeof(struct   sockaddr_in) 即可。代碼為：

struct sockaddr_in c_skt; 
int s_size=sizeof(struct   sockaddr_in);
int access_skt = accept(skt, (struct sockaddr *)&c_skt, &s_size);

接下來開始接受客戶端的請(qǐng)求，使用recv函數(shù)，函數(shù)原型為：

ssize_t recv(
 int sockfd, 
 void *buf, 
 size_t len, 
 int flags
)

參數(shù) sockfd 為 accept 建立的通信；buf 為緩存，數(shù)據(jù)存放的位置；len 為緩存大小；flags 一般設(shè)置為0即可：

//獲取數(shù)據(jù) 
char buf[1024];
if (recv(access_skt, buf, 1024, 0) == -1) {
 exit(1);
}

此時(shí)我們?cè)俚?accpt 和 recv 外層添加一個(gè)循環(huán)，使之流程可重復(fù)：

while(1){
  //建立連接 
  printf("Listening ... ...\n");
  struct sockaddr_in c_skt; 
  int s_size=sizeof(struct   sockaddr_in);
  int access_skt = accept(skt, (struct sockaddr *)&c_skt, &s_size);
  
  //獲取數(shù)據(jù) 
  char buf[1024];
  if (recv(access_skt, buf, 1024, 0) == -1) {
   exit(1);
  }
 } 

并且可以在瀏覽器輸入 127.0.0.1:8080 將會(huì)看到客戶端打印了 listening 新建了鏈接:

我們添加printf語句可查看客戶端請(qǐng)求：

while(1){
  //建立連接 
  printf("Listening ... ...\n");
  struct sockaddr_in c_skt; 
  int s_size=sizeof(struct   sockaddr_in);
  int access_skt = accept(skt, (struct sockaddr *)&c_skt, &s_size);
  
  //獲取數(shù)據(jù) 
  char buf[1024];
  if (recv(access_skt, buf, 1024, 0) == -1) {
   exit(1);
  }
  
  printf("%s",buf);
 } 

接下來我們對(duì)請(qǐng)求頭進(jìn)行對(duì)應(yīng)的操作。

2.6 請(qǐng)求處理層編寫

得到請(qǐng)求后開始編寫處理層。繼續(xù)接著代碼往下寫沒有層級(jí)，編寫一個(gè)函數(shù)名為 req，該函數(shù)接收請(qǐng)求信息與一個(gè)建立好的連接為參數(shù)：

void req(char* buf, int access_socket) 
{
}

然后先在 while 循環(huán)中傳遞需要的值：

req(buf, access_skt);

接著開始編寫 req 函數(shù)，首先在 req 函數(shù)中標(biāo)記當(dāng)前目錄下：

char arguments[BUFSIZ];  
strcpy(arguments, "./");

隨后分離出請(qǐng)求與參數(shù)：

char command[BUFSIZ];     
sscanf(request, "%s%s", command, arguments+2);

接著我們標(biāo)記一些頭元素：

char* extension = "text/html";   
char* content_type = "text/plain";     
char* body_length = "Content-Length: ";

接著獲取請(qǐng)求參數(shù)，若獲取 index.html，就獲取當(dāng)前路徑下的該文件：

FILE* rfile= fopen(arguments, "rb");

獲取文件后表示請(qǐng)求 ok，我們先返回一個(gè) 200 狀態(tài)：

char* head = "HTTP/1.1 200 OK\r\n";    
int len; 
char ctype[30] = "Content-type:text/html\r\n";   
len = strlen(head);

接著編寫一個(gè)發(fā)送函數(shù) send_：

int send_(int s, char *buf, int *len) 
{
 int total;          
 int bytesleft;                                
 int n;
 total=0;
 bytesleft=*len;
 while(total < *len) 
 {
  n = send(s, buf+total, bytesleft, 0);
  if (n == -1) 
  {
   break;
  }
  total += n;
  bytesleft -= n;
 }
 *len = total;          
 return n==-1?-1:0;         
}

send 函數(shù)功能并不難在此不再贅述，就是一個(gè)遍歷發(fā)送的邏輯。隨后發(fā)送 http 響應(yīng)與文件類型：

send_(send_to, head, &len);
len = strlen(ctype);
send_(send_to, ctype, &len);

隨后獲得請(qǐng)求文件的描述，需要添加頭文件#include <sys/stat.h>使用fstat，且向已連接的通信發(fā)生必要的信息 ：

//獲取文件描述
struct stat statbuf;
char read_buf[1024];       
char length_buf[20];
fstat(fileno(rfile), &statbuf);
itoa( statbuf.st_size, length_buf, 10 );
send(client_sock, body_length, strlen(body_length), 0);
send(client_sock, length_buf, strlen(length_buf), 0);

send(client_sock, "\n", 1, 0);
send(client_sock, "\r\n", 2, 0);

最后發(fā)送數(shù)據(jù)：

//·數(shù)據(jù)發(fā)送
char read_buf[1024]; 
len = fread(read_buf ,1 , statbuf.st_size, rfile);
if (send_(client_sock, read_buf, &len) == -1) { 
 printf("error!");   
}

最后訪問地址 http://127.0.0.1:8080/index.html，得到當(dāng)前目錄下 index.html 文件數(shù)據(jù)，并且在瀏覽器渲染：

所有代碼如下：

#include <WinSock2.h>
#include<stdio.h> 
#include <sys/stat.h> 

int send_(int s, char *buf, int *len) {
 int total;          
 int bytesleft;                                
 int n;
 total=0;
 bytesleft=*len;
 while(total < *len) 
 {
  n = send(s, buf+total, bytesleft, 0);
  if (n == -1) 
  {
   break;
  }
  total += n;
  bytesleft -= n;
 }
 *len = total;          
 return n==-1?-1:0;         
}

void req(char* request, int client_sock) {   
 char arguments[BUFSIZ];  
 strcpy(arguments, "./");
 
 char command[BUFSIZ];     
 sscanf(request, "%s%s", command, arguments+2);
 
 char* extension = "text/html";   
 char* content_type = "text/plain";     
 char* body_length = "Content-Length: ";
 
 FILE* rfile= fopen(arguments, "rb");
 

 char* head = "HTTP/1.1 200 OK\r\n";    
 int len; 
 char ctype[30] = "Content-type:text/html\r\n";   
 len = strlen(head);
  
 send_(client_sock, head, &len);
 len = strlen(ctype);
 send_(client_sock, ctype, &len);
 

 struct stat statbuf;
       
 char length_buf[20];
 fstat(fileno(rfile), &statbuf);
 itoa( statbuf.st_size, length_buf, 10 );
 send(client_sock, body_length, strlen(body_length), 0);
 send(client_sock, length_buf, strlen(length_buf), 0);

 send(client_sock, "\n", 1, 0);
 send(client_sock, "\r\n", 2, 0);
 

 char read_buf[1024]; 
 len = fread(read_buf ,1 , statbuf.st_size, rfile);
 if (send_(client_sock, read_buf, &len) == -1) { 
  printf("error!");   
 }
 
 return;
}


int main(){
 WSADATA wsaData;
 if (WSAStartup(MAKEWORD(1, 1), &wsaData) != 0) {
  exit(1);
 }

 int skt = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 if (skt == -1) {         
  return -1;
 }

 struct sockaddr_in server_addr;
 server_addr.sin_family = AF_INET;
 server_addr.sin_port = htons(8080);
 server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
 memset(&(server_addr.sin_zero), '\0', 8);

 if (bind(skt, (struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(server_addr)) == -1) {       
  return -1; 
 } 

 if (listen(skt, 10) == -1 ) {    
  return -1;
 }
 
 while(1){

  printf("Listening ... ...\n");
  struct sockaddr_in c_skt; 
  int s_size=sizeof(struct   sockaddr_in);
  int access_skt = accept(skt, (struct sockaddr *)&c_skt, &s_size);

  char buf[1024];
  if (recv(access_skt, buf, 1024, 0) == -1) {
   exit(1);
  }
  
  req(buf, access_skt);
 } 
 
}

小伙伴們可以編寫更加靈活的指定資源類型、錯(cuò)誤處理等完善這個(gè) demo。

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