C语言实现基于Linux，epoll和多线程的WebServer服务器

代码结构：

Server.h

头文件，对函数进行了声明

#pragma once
#include
// 新建一个用于TCP监听的socket文件描述符，并返回
int initListenFd(unsigned short port);

// 启动epoll
int epollRun(int lfd);

// accept建立连接
void* acceptClient(void* arg);

// 接收http请求, cfd表示连接socket， epfd表示epoll树
void* recvHttpRequest(void* arg);

// 解析HTTP的请求行
int parseRequestLine(const char *line, int cfd);

// 发送文件(即HTTP相应报文的数据部分，不包括状态行和首部行)
int sendFile(const char* fileName, int cfd);

// 发送响应头（状态行+首部行）
int sendHeadMsg(int cfd, int status, const char* descr, const char* type, int length);

// 根据文件的后缀/文件名，得到文件的type，作为HTTP响应报文的首部字段content_type的值
const char* getFileType(const char* name);

//发送目录
int sendDir(const char* dirName, int cfd);

// 将字符转换为整形
int hexToDec(char c);

//解码
// to 存储解码之后的数据, 传出参数, from被解码的数据, 传入参数
void decodeMsg(char* to, char* from);

Server.c

函数实现

#include "Server.h"
#include 
#include 
#include 
#include 
#include   // 设置socket非阻塞
#include   // 判断errno
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include  

// 封装线程工作函数的参数
typedef struct FdInfo{
    int fd; // 文件描述符（用于监听/通信）
    int epfd; // epoll树实例 
    pthread_t tid; // 线程id 
}FdInfo;

// 新建一个用于TCP监听的socket文件描述符，并返回
int initListenFd(unsigned short port){
    // 1. 创建监听的fd
    int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(lfd==-1){
        perror("socket");
        return -1;
    }
    // 2. 设置端口复用
    int opt = -1;
    int ret = setsockopt(lfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof opt);
    
    if(ret == -1){
        perror("setsockopt");
        return -1;
    }
    // 3. 绑定Ip和端口号
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(port);
    addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    ret = bind(lfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof addr);
    if(ret == -1){
        perror("bind");
        return -1;
    }    
    // 4. 设置监听
    ret = listen(lfd, 128);
    if(ret == -1){
        perror("listen");
        return -1;
    }

    // 5. 返回fd
    return lfd;
}


// 启动epoll
int epollRun(int lfd){
    // 1. 创建epoll实例
    int epfd = epoll_create(1); // 该参数已经费用，1没有实际意义
    if(epfd == -1){
        perror("epoll_create");
        return -1;
    }

    // 2. 将lfd添加到epoll的红黑树上
     struct epoll_event ev; // 创建返回时的数据ev
     ev.data.fd=lfd;
     ev.events = EPOLLIN;
     int ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, lfd, &ev);
     if(ret == -1){
        perror("epoll_ctl(EPOLL_CTL_ADD)");
        return -1;
     }

     // 3. 开始检测epoll树上是否有就绪的节点，并进行处理
     struct epoll_event evs[1024];  //epoll_wait的传出参数，就绪的节点被放在里面
     int size = sizeof(evs) / sizeof(struct epoll_event);  
     while(1){
        int num = epoll_wait(epfd, evs, size, -1); //-1表示一直阻塞，直到检测到已就绪的文件描述符
        for(int i=0;i<num;++i){  //遍历前num个就绪的节点

            FdInfo *info = (FdInfo *)malloc(sizeof(FdInfo));        
            int fd = evs[i].data.fd;
            info->epfd = epfd;
            info->fd = fd;
            if(fd == lfd){ 
                // 如果是监听socket，则建立新的连接 accept
                // acceptClient(fd, epfd); 
                pthread_create(&info->tid, NULL, acceptClient, info);
            }
            else{ // 如果是连接socket，则进行处理
                // recvHttpRequest(fd, epfd); 
                pthread_create(&info->tid, NULL, recvHttpRequest, info);
            }
        }
     }
}

// accept建立连接，并将得到的用于连接的socket文件描述符添加到epoll树实例上去
void* acceptClient(void* arg){ // lfd表示用于监听的socket，epfd表示epoll实例

    FdInfo *info = (FdInfo*)arg;
    // 1. 建立连接
    int cfd = accept(info->fd, NULL, NULL);
    if(cfd == -1){
        perror("accept");
        return NULL;
    }
    // printf("连接socket:%d\n",cfd);

    //2. 设置连接socket非阻塞
    int flag = fcntl(cfd, F_GETFL);
    flag |= O_NONBLOCK;
    fcntl(cfd, F_SETFL, flag);

    //3. 将用于连接的socket添加到epoll树上
    struct epoll_event ev;
    ev.data.fd=cfd ;
    ev.events = EPOLLIN | EPOLLET ;  // 用于连接的socket即需要读，又需要写
    int ret = epoll_ctl(info->epfd, EPOLL_CTL_ADD, cfd, &ev);
    if(ret == -1){
        perror("epoll_ctl(EPOLL_CTL_ADD)");
        return NULL;
    }
    free(info);
    return NULL;
}

// 连接socket的工作函数
void* recvHttpRequest(void* arg){
    FdInfo *info = (FdInfo*)arg;
    int len = 0, total=0; // len是每一次while读取的数据长度，total表示总共的长度
    char tmp[1024] = { 0 };  // 每一次循环读取的数据
    char buf[4096] = { 0 }; // 存储整个的客户端数据块，即将每一次循环读取的数据连在一起
    // 由于使用了非阻塞cfd，所以需要循环的接受数据
    while((len=recv(info->fd, tmp, sizeof tmp, 0)) > 0){
        if(total+len<sizeof buf){
            memcpy(buf+total,tmp, len); //将mid_buf拼接到buf后面
        }
        total+=len;  // 更新total
        
    }
    // 判断recv是读完了数据，还是读数据失败了，因为二者都会返回-1（根据error number进行判断）
    if(len==-1 && errno == EAGAIN){  //如果是读数据读完了，则可以得到一个HTTP请求报文
        // 截取出HTTP的请求行
        char *pt = strstr(buf, "\r\n"); //pt指针指向\r这个字符
        int reqLen = pt-buf;
        buf[reqLen] = '\0'; //直接截断
        parseRequestLine(buf, info->fd);
    }
    else if (len == 0 ){ // 客户端断开了连接
        epoll_ctl(info->epfd, EPOLL_CTL_DEL, info->fd, NULL); //从epoll模型上删除当前用于通信的节点
        close(info->fd); //关闭文件描述符
    }
    else{ // 如果是读数据失败了
        perror("recv");
    }
    free(info);
    return NULL;
}


// HTTP报文格式：
// 方法 URL 版本[CRLF]  如：get /xxx/1.jpg HTTP/1.1
// 首部字段: 值[CRLF]
// ...[CRLF]
// 首部字段: 值[CRLF]
// [CRLF]
// 数据实体

// 解析HTTP的请求行
int parseRequestLine(const char *line, int cfd){

    // 解析请求行
    char method[12]; // 存储客户端请求方法，如GET/POST
    char path[1024];
    sscanf(line, "%[^ ] %[^ ]", method, path);

    printf("请求内容: \nmethod:%s, path:%s\n\n",method, path);

    // 不区分大小写的比较，如果不等于0，则返回-1（目前只接收get方法）
    if(strcasecmp(method, "get") != 0){ 
        return -1;
    }
    decodeMsg(path, path); //转换为utf8编码，这样可以支持中文等特殊字符

    // 处理客户端请求的静态资源（目录或文件），因为当前获得的/xxx/1.jpg是相对于工作路径的，所以需要转换为./xxx/1.jpg或者xxx/1.jpg
    char *file = NULL;
    if(strcmp(path, "/") == 0){ //如果get当前的工作目录
        file = "./";
    }
    else{
        file = path+1; // get工作目录中的一个资源
    }

    // 判断文件的属性(目录还是文件)
    struct stat st; //stat函数的传出采纳数
    int ret = stat(file, &st);
    if(ret == -1){ //-1表示文件不存在
        // 如果文件不存在，返回404界面
        sendHeadMsg(cfd, 404, "Not Found", getFileType(".html"), -1); //发送HTTP相应报文的状态行和首部行，-1表示让浏览器自己读数据的长度
        sendFile("404.html", cfd);
        return 0;
    }

    // 判断文件的类型，如果是目录
    if(S_ISDIR(st.st_mode)) //S_ISDIR是Linux提供的宏，判断是否是目录，是则返回1
    {
        // 将本地目录的内容发送给客户端
        sendHeadMsg(cfd, 200, "OK", getFileType(".html"), -1);
        sendDir(file, cfd);
    }
    // 如果是文件
    else{
        // 将文件的内容发送给客户端
        sendHeadMsg(cfd, 200, "OK", getFileType(file), st.st_size); //发送HTTP相应报文的状态行和首部行
        sendFile(file, cfd);  //发送文件
    }
    return 0;
}

// 发送响应头（状态行+首部行）
int sendHeadMsg(int cfd, int status, const char* descr, const char* type, int length){

    char buf[4096] = {0};
    // 状态行
    sprintf(buf, "http/1.1 %d %s\r\n", status, descr);
    // 首部行和空行（\r\n）
    sprintf(buf+strlen(buf), "content-type: %s\r\n", type);
    sprintf(buf+strlen(buf), "content-length: %d\r\n\r\n", length);

    //发送状态行和首部行
    send(cfd, buf, strlen(buf), 0);

    return 0;
}

// 发送数文件（HTTP相应报文的数据部分），由于使用了TCP面向连接的流式传输协议，所以可以读一部分发一部分数据
int sendFile(const char* fileName, int cfd){  // cfd表示建立连接的socket文件描述符
    // 1.打开文件，并获得文件描述符
    int fd = open(fileName, O_RDONLY); //O_RDONLY表示只读文件
    assert(fd>0);
#if 0  
    // 直接手写发送数据，但是可以有更简单的方式
    while(1){
        char buf[1024];
        int len = read(fd, buf, sizeof(buf)); //读数据

        if(len>0){
            send(cfd, buf, len, 0);  // 将读到的数据发送给客户端
            usleep(10); // 给接收端一些时间去接收数据，防止客户端接收数据出错
        }
        else if(len == 0){
            break;
        }
        else{
            perror("read");
        }
    }
#else 
    //直接使用系统函数sendfile发送文件，相比于手写更简单

    off_t offset = 0;
    int size = lseek(fd, 0, SEEK_END); //得到文件的大小，seek_end将文件指针移动到文件的末尾
    lseek(fd, 0, SEEK_SET); // seek_set将文件的指针重新移动到文件的头部
    while(offset<size) //循环发送文件，如果是大文件，只发送一次sendfile会导致写缓存写满，剩余的数据就发送不出去了
    {
        int ret = sendfile(cfd, fd, &offset, size-offset); //sendfile会自动给offset赋值，表示当前读的偏移量
        // printf("ret value: %d\n", ret);
        if(ret == -1 && errno!=EAGAIN){
            perror("sendfile");
        }
    }
        
#endif
    close(fd);
    return 0;
}

/* HTML文件发送目录时的格式

    
        
    
    
             // 每一都tr都是一个行，td是一个列
                  // 文件名
                   // 文件大小
            
    

*/
//发送目录，使用scandir进行单层目录的遍历
int sendDir(const char* dirName, int cfd){ //dirName表示目录名
    char buf[4096] = { 0 };
    sprintf(buf, "", dirName);structdirent** namelist;//namelist指向的是一个指针数组struct dirent* tmp[]int num =scandir(dirName,&namelist,NULL, alphasort);for(int i=0;i<num;++i){char* name = namelist[i]->d_name;//拿到了文件名字structstat st;//将目录名与文件名进行拼接char subPath[1024]={0};sprintf(subPath,"%s/%s", dirName, name);stat(subPath,&st);//用于判断name所表示的文件的类型if(S_ISDIR(st.st_mode)){//如果是目录sprintf(buf+strlen(buf),"",
            name, name, st.st_size);//使用a标签设置超链接标签}else{// 如果是文件sprintf(buf+strlen(buf),"",
            name, name, st.st_size);//使用a标签设置超链接标签}send(cfd, buf,strlen(buf),0);memset(buf,0,sizeof buf);free(namelist[i]);}sprintf(buf,"

    
      
       
    
         
           
        
            
         
           
         
               
            
%s
%ld
 
        
          
             
            
%s
%ld
 
        
         
        
        
    
     
 ");
    send(cfd, buf, strlen(buf), 0);
    free(namelist);

    return 0;
}


// 根据文件的后缀/文件名，得到文件的type，作为HTTP响应报文的首部字段content_type的值
const char* getFileType(const char* name)
{
    // a.jpg a.mp4 a.html
    // 自右向左查找‘.’字符, 如不存在返回NULL
    const char* dot = strrchr(name, '.');
    if (dot == NULL)
        return "text/plain; charset=utf-8";	// 纯文本
    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";
}


// 将字符转换为整形数
int hexToDec(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;
}

// 解码
// to 存储解码之后的数据, 传出参数, from被解码的数据, 传入参数
void decodeMsg(char* to, char* from)
{
    for (; *from != '\0'; ++to, ++from)
    {
        // isxdigit -> 判断字符是不是16进制格式, 取值在 0-f
        // Linux%E5%86%85%E6%A0%B8.jpg
        if (from[0] == '%' && isxdigit(from[1]) && isxdigit(from[2]))
        {
            // 将16进制的数 -> 十进制 将这个数值赋值给了字符 int -> char
            // B2 == 178
            // 将3个字符, 变成了一个字符, 这个字符就是原始数据
            *to = hexToDec(from[1]) * 16 + hexToDec(from[2]);

            // 跳过 from[1] 和 from[2] 因此在当前循环中已经处理过了
            from += 2;
        }
        else
        {
            // 字符拷贝, 赋值
            *to = *from;
        }

    }
    *to = '\0';
}

main函数

#include "Server.h"
#include 
#include 
#include 
int main(int argc, char* argv[]){

    // 用户传入的参数为 [默认参数，port, path]，即启动当前服务器，设置端口号port和工作路目录path
    if(argc<3){
        printf("./a.out port path\n");
        return -1;
    }

    // 拿到端口号
    unsigned short port = atoi(argv[1]);  // argv to int

    // 修改当前目录到工作目录
    chdir(argv[2]);

    printf("端口号: %d\n工作目录: %s\n", port, argv[2]);


    // 初始化用于监听的套接字
    int lfd = initListenFd(port); //设置端口号，并返回一个监听文件描述符

    printf("用于监听的文件描述符: %d\n",lfd);

    //启动服务器程序
    epollRun(lfd);
    
    return 0;
}

启动指令：

# 1. 在文件目录下，编译所有.c文件，生成可执行文件Server
gcc *.c -l pthread -o Server

# 2. 运行Server， 运行指令的格式为 ./Server port filePath, 如：
./Server 10000 /
# 表示端口号为10000， 工作目录为根目录/（只是实例，一般需要自己的一个sources资源目录）

控制台输打印示例

参考：大丙课堂