Linux高并发web服务器开发

web服务器实现

1. 实现思路

（1）编写函数解析http请求

    GET /hello.html HTTP/1.1\r\n

    将上述字符串分为三部分解析出来

（2）编写函数根据文件后缀，返回对应的文件类型

（3）sscanf - 读取格式化的字符串中的数据

    使用正则表达式拆分
    [^ ]的用法

（4）通过浏览器请求目录数据

• 读指定目录内容

（5）http中数据特殊字符编码解码问题

    编码

    解码

#include 

int scandir(const char *dirp, 
            struct dirent ***namelist,
            int (*filter)(const struct dirent *),
            int (*compar)(const struct dirent **, const struct dirent **)
);
                
dirp
    - 当前要扫描的目录
namelist
    - struct dirent** ptr;
    - struct dirent* ptr[];
    - &ptr;
filter
    - NULL
compar
    文件名显示的时候, 指定排序规则
    - alphasort
    - versionsort

数据转码 

url在数据传输过程中不支持中文，需要转码。
    - 汉字
    - 特殊字符
        查看manpage
            man ascii
        要处理可见字符
            从space开始 - 32
            前0-31个不可见
        不需要转换的特殊字符
            .
            _
            *
            /
            ~
            0-9
            a-z
            A-Z
        需要转换的字符使用其16进制的值前加%表示
可以在shell下通过unicode工具查看
安装unicode
    - sudo apt-get install unicode

正则表达式

参见：https://www.jb51.net/tools/regexsc.htm

 

 

  实现的是从浏览器输入比如：127.0.0.1:8000/home，服务端会将/home目录下的文件及文件夹返回到浏览器。

1.头文件 epoll_server.h

#ifndef _EPOLL_SERVER_H
#define _EPOLL_SERVER_H

int init_listen_fd(int port, int epfd);
void epoll_run(int port);
void do_accept(int lfd, int epfd);
void do_read(int cfd, int epfd);
int get_line(int sock, char *buf, int size);
void disconnect(int cfd, int epfd);
void http_request(const char* request, int cfd);
void send_respond_head(int cfd, int no, const char* desp, const char* type, long len);
void send_file(int cfd, const char* filename);
void send_dir(int cfd, const char* dirname);
void encode_str(char* to, int tosize, const char* from);
void decode_str(char *to, char *from);
const char *get_file_type(const char *name);

#endif

epoll_server.h

2.mian函数 main.c

#include 
#include 
#include 
#include "epoll_server.h"

int main(int argc, const char* argv[])//argv[0]为程序的名字
{
    if(argc < 3)
    {
        printf("eg: ./a.out port path\n");
        exit(1);
    }

    // 端口
    int port = atoi(argv[1]);//端口在这里
    // 修改进程的工作目录, 方便后续操作
    int ret = chdir(argv[2]); //相当于cd，改为argv【2】
    if(ret == -1)
    {
        perror("chdir error");
        exit(1);
    }
    
    // 启动epoll模型 
    epoll_run(port);

    return 0;
}

 

3.函数实现 epoll_server.c

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include "epoll_server.h"

#define MAXSIZE 2000

void epoll_run(int port)
{
    // 创建一个epoll树的根节点
    int epfd = epoll_create(MAXSIZE);
    if(epfd == -1)
    {
        perror("epoll_create error");
        exit(1);
    }

    // 添加要监听的节点
    // 先添加监听lfd
    int lfd = init_listen_fd(port, epfd);

    // 委托内核检测添加到树上的节点
    struct epoll_event all[MAXSIZE];
    while(1)
    {
        int ret = epoll_wait(epfd, all, MAXSIZE, -1);//-1阻塞，直到IO事件发生了改变，并返回改变的个数。
        if(ret == -1)
        {
            perror("epoll_wait error");
            exit(1);
        }

        // 遍历发生变化的节点
        for(int i=0; ievents & EPOLLIN))
            {
                // 不是读事件，写或异常
                continue;
            }

            if(pev->data.fd == lfd)
            {
                // 接受连接请求
                do_accept(lfd, epfd);
            }
            else
            {
                // 读数据,浏览器发过来的数据
                do_read(pev->data.fd, epfd);
            }
        }
    }
}

// 读数据
void do_read(int cfd, int epfd)
{
    // 将浏览器发过来的数据, 读到buf中 
    char line[1024] = {0};
    // 读请求行
    int len = get_line(cfd, line, sizeof(line));
    if(len == 0)
    {
        printf("客户端断开了连接...\n");
        // 关闭套接字, cfd从epoll上del
        disconnect(cfd, epfd);         
    }
    else
    {
        printf("请求行数据: %s", line);
        printf("============= 请求头 ============\n");
        // 还有数据没读完
        // 继续读
        while(len)
        {
            char buf[1024] = {0};
            len = get_line(cfd, buf, sizeof(buf));
            printf("-----: %s", buf);
        }
        printf("============= The End ============\n");
    }

    // 请求行: get /xxx http/1.1
    // 判断是不是get请求
    if(strncasecmp("get", line, 3) == 0)
    {
        // 处理http请求
        http_request(line, cfd);
        // 关闭套接字, cfd从epoll上del
        disconnect(cfd, epfd);         
    }
}

// 断开连接的函数
void disconnect(int cfd, int epfd)
{
    int ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, cfd, NULL);
    if(ret == -1)
    {
        perror("epoll_ctl del cfd error");
        exit(1);
    }
    close(cfd);
}

// http请求处理
void http_request(const char* request, int cfd)
{
    // 拆分http请求行
    // get /xxx http/1.1
    char method[12], path[1024], protocol[12];//me存 get/post方法，path存资源目录
    sscanf(request, "%[^ ] %[^ ] %[^ ]", method, path, protocol);//从requ到me，pa，pr，遇到空格结束。

    printf("method = %s, path = %s, protocol = %s\n", method, path, protocol);

    // 转码 将不能识别的中文乱码 - > 中文
    // 解码 %23 %34 %5f
    decode_str(path, path);
        // 处理path  /xx
        // 去掉path中的/ ， /没有用	
        char* file = path+1;
    // 如果没有指定访问的资源, 默认显示资源目录中的内容
    if(strcmp(path, "/") == 0)
    {
        // file的值, 资源目录的当前位置
        file = "./";//没有资源
    }

    // 获取文件属性
    struct stat st;
    int ret = stat(file, &st);//用结构体
    if(ret == -1)
    {
        // show 404
        send_respond_head(cfd, 404, "File Not Found", ".html", -1);
        send_file(cfd, "404.html");
    }

    // 判断是目录还是文件
    // 如果是目录
    if(S_ISDIR(st.st_mode))
    {
        // 发送头信息
        send_respond_head(cfd, 200, "OK", get_file_type(".html"), -1);
        // 发送目录信息
        send_dir(cfd, file);
    }
    else if(S_ISREG(st.st_mode))
    {
        // 文件
        // 发送消息报头
        send_respond_head(cfd, 200, "OK", get_file_type(file), st.st_size);
        // 发送文件内容
        send_file(cfd, file);
    }
}

// 发送目录内容
void send_dir(int cfd, const char* dirname)
{
    // 拼一个html页面
    char buf[4094] = {0};

    sprintf(buf, "", dirname);
    sprintf(buf+strlen(buf), "
当前目录: %s
", dirname);

    char enstr[1024] = {0};//路径
    char path[1024] = {0};
    // 目录项二级指针
    struct dirent** ptr;
    int num = scandir(dirname, &ptr, NULL, alphasort);// alphasort按字母排序，num为复制到ptr文件的数量
    // 遍历
    for(int i=0; id_name;//文件名

        // 拼接文件的完整路径
        sprintf(path, "%s/%s", dirname, name);
        printf("path = %s ===================\n", path);//打印到页面
        struct stat st;
        stat(path, &st);// 获取文件属性

        encode_str(enstr, sizeof(enstr), name);//中文乱马
        // 如果是文件
        if(S_ISREG(st.st_mode))
        {
            sprintf(buf+strlen(buf), 
                    "",
                    enstr, name, (long)st.st_size);//href：去往的路径，页面跳转必写
        }
        // 如果是目录
        else if(S_ISDIR(st.st_mode))
        {
            sprintf(buf+strlen(buf), 
                    "",
                    enstr, name, (long)st.st_size);
        }
        send(cfd, buf, strlen(buf), 0);//发送到浏览器
        memset(buf, 0, sizeof(buf));//清空
        // 字符串拼接
    }

    sprintf(buf+strlen(buf), "
%s
%ld
%s/
%ld
");
    send(cfd, buf, strlen(buf), 0);

    printf("dir message send OK!!!!\n");
#if 0
    // 打开目录
    DIR* dir = opendir(dirname);
    if(dir == NULL)
    {
        perror("opendir error");
        exit(1);
    }

    // 读目录
    struct dirent* ptr = NULL;
    while( (ptr = readdir(dir)) != NULL )
    {
        char* name = ptr->d_name;
    }
    closedir(dir);
#endif
}

// 发送响应头
void send_respond_head(int cfd, int no, const char* desp, const char* type, long len)
{
    char buf[1024] = {0};
    // 状态行
    sprintf(buf, "http/1.1 %d %s\r\n", no, desp);//输出到buf里  sprintf()
    send(cfd, buf, strlen(buf), 0);//send 第四个参数一般设置为0
    // 消息报头
    sprintf(buf, "Content-Type:%s\r\n", type);
    sprintf(buf+strlen(buf), "Content-Length:%ld\r\n", len);
    send(cfd, buf, strlen(buf), 0);
    // 空行
    send(cfd, "\r\n", 2, 0);
}

// 发送文件
void send_file(int cfd, const char* filename)
{
    // 打开文件，返回该文件的文件fd
    int fd = open(filename, O_RDONLY);
    if(fd == -1)
    {
        // show 404
        return;
    }

    // 循环读文件
    char buf[4096] = {0};
    int len = 0;
    while( (len = read(fd, buf, sizeof(buf))) > 0 )//len长度
    {
        // 发送读出的数据
        send(cfd, buf, len, 0);
    }
    if(len == -1)
    {
        perror("read file error");
        exit(1);
    }

    close(fd);
}

// 解析http请求消息的每一行内容
int get_line(int sock, char *buf, int size)//sock 为cfd
{
    int i = 0;
    char c = '\0';//每次从缓存区读的一个字节
    int n;
    while ((i < size - 1) && (c != '\n'))
    {
        n = recv(sock, &c, 1, 0);
        if (n > 0)
        {
            if (c == '\r')//结束？ 
            {
                n = recv(sock, &c, 1, MSG_PEEK);//peek，在缓存区 试探拷贝的作用,把从cfd接受的值 ，存到buf，改变c值
                if ((n > 0) && (c == '\n'))
                {
                    recv(sock, &c, 1, 0);//把/n 读出 ，正常情况 
                }
                else
                {
                    c = '\n';
                }
            }
            buf[i] = c;//放入缓存区
            i++;
        }
        else
        {
            c = '\n';
        }
    }
    buf[i] = '\0';

    return i;
}

// 接受新连接处理
void do_accept(int lfd, int epfd)
{
    struct sockaddr_in client;
    socklen_t len = sizeof(client);
    int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr*)&client, &len);//用结构体
    if(cfd == -1)
    {
        perror("accept error");
        exit(1);
    }

    // 打印客户端信息
    char ip[64] = {0};
    printf("New Client IP: %s, Port: %d, cfd: %d\n,lfd: %d\n",
           inet_ntop(AF_INET, &client.sin_addr.s_addr, ip, sizeof(ip)),
           ntohs(client.sin_port), cfd,lfd);//inet_ntop网络字节序转本地ip，

    // 设置cfd为非阻塞
    int flag = fcntl(cfd, F_GETFL);//根据第二个参数，写第三个参数，F_GETFL获得文件状态
    flag |= O_NONBLOCK;
    fcntl(cfd, F_SETFL, flag);//设置文件状态为flag

    // 得到的新节点挂到epoll树上
    struct epoll_event ev;
    ev.data.fd = cfd;//绑定cfd
    // 边沿非阻塞模式 ，效率最高
    ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
    int ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, cfd, &ev);//使用结构体ev
    if(ret == -1)
    {
        perror("epoll_ctl add cfd error");
        exit(1);
    }
}

int init_listen_fd(int port, int epfd)
{
    //　创建监听的套接字
    int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//ipv4,流模式，0
    if(lfd == -1)
    {
        perror("socket error");
        exit(1);
    }

    // lfd绑定本地IP和port
    struct sockaddr_in serv;
    memset(&serv, 0, sizeof(serv));
    serv.sin_family = AF_INET;// 本机的ip 类型ipv4
    serv.sin_port = htons(port);//输入的端口
    serv.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);//INADDR_ANY泛指本机所有ip 本机的ip 127.0.0.1

    //lfd 端口复用，SO_REUSEADDR ,flag为1时 打开复用，为0关闭。
    int flag = 1;
    setsockopt(lfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &flag, sizeof(flag));
    int ret = bind(lfd, (struct sockaddr*)&serv, sizeof(serv));//用结构体，lfd和本地ip和端口绑定
    if(ret == -1)
    {
        perror("bind error");
        exit(1);
    }

    // 设置监听
    ret = listen(lfd, 64);//同时最大64
    if(ret == -1)
    {
        perror("listen error");
        exit(1);
    }

    // lfd添加到epoll树上
    struct epoll_event ev;//创建结构体
    ev.events = EPOLLIN;//读
    ev.data.fd = lfd;//结构体 绑定监听的lfd
    ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, lfd, &ev);//要用结构体
    if(ret == -1)
    {
        perror("epoll_ctl add lfd error");
        exit(1);
    }

    return lfd;
}

// 16进制数转化为10进制
int hexit(char c)
{
    if (c >= '0' && c <= '9')
        return c - '0';
    if (c >= 'a' && c <= 'f')
        return c - 'a' + 10;
    if (c >= 'A' && c <= 'F')
        return c - 'A' + 10;

    return 0;
}

/*
 *  这里的内容是处理%20之类的东西！是"解码"过程。
 *  %20 URL编码中的‘ ’(space)
 *  %21 '!' %22 '"' %23 '#' %24 '$'
 *  %25 '%' %26 '&' %27 ''' %28 '('......
 *  相关知识html中的‘ ’(space)是 
 */
void encode_str(char* to, int tosize, const char* from)
{
    int tolen;

    for (tolen = 0; *from != '\0' && tolen + 4 < tosize; ++from) 
    {
        if (isalnum(*from) || strchr("/_.-~", *from) != (char*)0) 
        {//strchr :第一次出现字符*from的位置，isalnum 判断字符是否为数字或字母
            *to = *from;
            ++to;
            ++tolen;
        } 
        else 
        {
            sprintf(to, "%%%02x", (int) *from & 0xff);
            to += 3;
            tolen += 3;
        }

    }
    *to = '\0';
}


void decode_str(char *to, char *from)
{
    for ( ; *from != '\0'; ++to, ++from  ) 
    {//isxdigit 是否是16进制数
        if (from[0] == '%' && isxdigit(from[1]) && isxdigit(from[2])) 
        { 
			// 16进制数转化为10进制hexit,不区分大小写
            *to = hexit(from[1])*16 + hexit(from[2]);

            from += 2;                      
        } 
        else
        {
            *to = *from;//不需要转的

        }

    }
    *to = '\0';

}

// 通过文件名获取文件的类型
const char *get_file_type(const char *name)
{
    char* dot;

    // 自右向左查找‘.’字符, 如不存在返回NULL
    dot = strrchr(name, '.');   
    if (dot == NULL)
        return "text/plain; charset=utf-8";
    if (strcmp(dot, ".html") == 0 || strcmp(dot, ".htm") == 0)
        return "text/html; charset=utf-8";
    if (strcmp(dot, ".jpg") == 0 || strcmp(dot, ".jpeg") == 0)
        return "image/jpeg";
    if (strcmp(dot, ".gif") == 0)
        return "image/gif";
    if (strcmp(dot, ".png") == 0)
        return "image/png";
    if (strcmp(dot, ".css") == 0)
        return "text/css";
    if (strcmp(dot, ".au") == 0)
        return "audio/basic";
    if (strcmp( dot, ".wav" ) == 0)
        return "audio/wav";
    if (strcmp(dot, ".avi") == 0)
        return "video/x-msvideo";
    if (strcmp(dot, ".mov") == 0 || strcmp(dot, ".qt") == 0)
        return "video/quicktime";
    if (strcmp(dot, ".mpeg") == 0 || strcmp(dot, ".mpe") == 0)
        return "video/mpeg";
    if (strcmp(dot, ".vrml") == 0 || strcmp(dot, ".wrl") == 0)
        return "model/vrml";
    if (strcmp(dot, ".midi") == 0 || strcmp(dot, ".mid") == 0)
        return "audio/midi";
    if (strcmp(dot, ".mp3") == 0)
        return "audio/mpeg";
    if (strcmp(dot, ".ogg") == 0)
        return "application/ogg";
    if (strcmp(dot, ".pac") == 0)
        return "application/x-ns-proxy-autoconfig";

    return "text/plain; charset=utf-8";
}

程序里面函数层层嵌套，想搞明白的读者最好画一个程序结构图，以加深理解。

实现效果：能把本地目录映射到浏览器上，并实现查看，下载，超链接等功能。

补充：

（1）recv的flag

n = recv(sock, &c, 1, MSG_PEEK);
- flag == MSG_PEEK
- recv从缓冲区总读数据 - 拷贝的方式

1234567890
recv(fd, buf, size, 0);
- 没数据了
recv(fd, buf, size, MSG_PEEK);
- 有, 1234567890

（2）sscanf 函数

函数描述:  读取格式化的字符串中的数据。
函数原型: 
    int sscanf(     
        const char *buffer,     
        const char *format, [ argument ] ...   
    ); 

1. 取到指定字符为止的字符串。如在下例中，取遇到空格为止字符串。
   sscanf("123456 abcdedf", "%[^ ]", buf);
   printf("%s\n", buf);
   结果为：123456
2. 取仅包含指定字符集的字符串。如在下例中，取仅包含1到9和小写字母的字符串。
   sscanf("123456abcdedfBCDEF", "%[1-9a-z]", buf);
   printf("%s\n", buf);
   结果为：123456abcdedf
3. 取到指定字符集为止的字符串。如在下例中，取遇到大写字母为止的字符串。
   sscanf("123456abcdedfBCDEF", "%[^A-Z]", buf);
   printf("%s\n", buf);
   结果为：123456abcdedf

参考 ：https://www.cnblogs.com/xuejiale/p/10917407.html