Linux C小專案 —— 簡單的web伺服器
簡單的Web伺服器
實現一個基於HTTP通訊協議的web伺服器。客戶端向伺服器程式傳送所需檔案的請求，伺服器端分析請求並將檔案傳送個客戶端。
1、整體程式設計
客戶端傳送所需檔案，伺服器返回該檔案，通訊結束。
伺服器程式的任務大致分為3步：
a、解析客戶端程式發來的內容，找到需求檔案的路徑或者名字
b、在伺服器主機上查詢該檔案
c、將該檔案內容組織成客戶端程式可以理解的形式，並將其發回給客戶端。
步驟一：解析客戶端傳送的內容
Note：客戶端程式使用web瀏覽器，瀏覽器程式是預設使用HTTP通訊協議。通常，http預設使用的埠號是80。
開啟瀏覽器，在位址列輸入需要訪問的伺服器的ip地址和埠號。例，
這時，瀏覽器向伺服器程式傳送一個HTTP協議的“協議頭”，包含了一些客戶端程式的基本資訊，例如客戶機的ip地址、瀏覽器版本、使用協議版本以及請求檔案的方式等。協議頭：
GET / HTTP/1.1
Host: 192.168.159.2:8080
User-Agent: Mozilla/5.0 (X11; U; Linux i586; en-US; rv:1.8.1.6)
Gecko/20061201 Firefox/2.0.0.6 (Redhat-feisty)
Accept:
text/xml, application/xml, application/xhtml+xml,text/html;q=0.9,text/plain;q=0.8,image/png,*/*;q=0.5
Accept-Language: en-us,en; q=0.5
Accept-Encoding: gzip, deflate
Accept-Charset: ISO-8859-1, utf-8; q=0.7,*;q=0.7
Keep-Alive: 300
Connection: keep-alive
附：協議頭最後有一個空行。
和本程式有關的是第一行。該行包括以下3個資訊：
a、GET請求檔案的方式，預設使用的是GET
b、“/”請求伺服器程式的根目錄。這個目錄可由伺服器程式編寫時自行配置。例，如果伺服器程式的根目錄是“/home/admin”，那麼“/”所代表的就是這個目錄。
c、HTTP協議的版本號，本程式中使用的是1.1版本。這個欄位對本程式沒有什麼影響。
伺服器程式的第1步就是要解析“協議頭”的第1行，檔案請求方式和協議版本我們不關心，主要是要找到請求的目錄。如果瀏覽器位址列輸入“http://192.168.11.6:8080”表示的是伺服器程式根目錄“/home/admin”，那麼“http://192.168.11.6:8080/web/test.html”就表示的是“/home/admin/web/test.html”檔案。因此，伺服器程式的第一個任務就是解析出這個客戶端請求的目錄和該目錄下的檔案。
步驟二：尋找客戶端需要的檔案
在指定目錄下尋找檔案。如果是一個普通檔案，且該檔案沒有執行許可權，則將其開啟，把檔案返回給客戶端。如果該檔案是一個可執行檔案，例如二進位制可執行檔案或者直譯器檔案，則執行該檔案，將執行的輸出結果返回給客戶端，這種可執行檔案成為CGI程式。
步驟三：將客戶端所請求的資訊返回
Note：客戶端使用的是瀏覽器，簡單地返回一個文字檔案是不對的，理想的方式是返回一個客戶端可以理解的格式的檔案，這裡使用HTML格式的檔案。
檔案index.html的內容如下所示：
<html>
<head><title>This is a test</title></head>
<body>
<p>successfully communicate</p>
<img src=’test.jpg’>
</body>
</html>
這個頁面只有一行字和一張圖片，圖片的路徑是根目錄下的test.jpg檔案。
除了瀏覽器可以解析的正文外，伺服器還需要為返回的資訊加上HTTP的協議頭。該協議頭包含2行：第1行是版本資訊和應答碼，其後是一個隨便寫的字串“OK”用於除錯目的；第2行是即將傳送的檔案型別。
版本協議和客戶端傳送來的是一致的，連線成功，應答碼為200；如果失敗，例如指定的檔案不存在，應答碼為404。檔案型別為text/html，是因為index.html檔案中既有文字又有圖片，單純的文字型別為text/plain，單純的圖片型別為image/jpg等。完整的返回資訊應該如下所示：
HTTP/1.1 200 OK # 協議版本和應答碼
Content-Type: text/html # 檔案型別
# 注意協議頭結束後有一個空行
<html>
<head><title>This is a test</title></head>
<body>
<p>successfully communicate</p>
<img src=’test.jpg’>
</body>
</html>
到此，伺服器程式的任務就結束了，完成傳輸後，伺服器端需要主動將連線斷開，這樣客戶端就知道資料已經傳輸完畢。這是由HTTP協議所規定的。
瀏覽器接收到index.html後，發現裡面需要一張圖片，因此瀏覽器會再次向伺服器發出一次請求，要求獲得相應的檔案。
經過兩次請求後，客戶端的瀏覽器獲得了index.html所需要的所有檔案。這時，瀏覽器就可以正確顯示該頁面了，至於如何顯示則交給瀏覽器去做。
測試：
在web_server程式所在的目錄下準備配置檔案config.ini
Port: 8080
Root-path: /home/trb331617/www
該程式使用8080埠，使用/home/trb331617/www作為根目錄
在/home/trb331617/www目錄下準備index.html檔案；準備圖片png_favicon.png和test.jpg
在shell中執行該程式：“./build”
附：
Signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
Signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
網路程式設計
服務端
// 填充服務端地址結構
Bzero(serv_addr, sizeof(struct sockaddr_in));
Serv_addr->sin_family = AF_INET;
Serv_addr->sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
Serv_addr->sin_port = htons(port);
Listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // socket建立套接字
Bind(fd, (struct sockaddr *)serv_addr, sizeof(struct sockaddr_in)); // bind 套接字和填充好的地址繫結
Listen(fd, 20); // listen 監聽套接字
Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, &len); // accept 接受連線請求
檔案操作
Int fd = open(path, O_RDONLY);
FILE *fp = fopen(“./config.ini”, “r”);
Fgets(buf, BUFFSIZE, fp);
Read(connfd, buf, BUFFSIZE);
Write(connfd, buf, strlen(buf));
Struct stat stat_buf; fstat(fd, &stat_buf);
S_ISREG(stat_buf.st_mode); // 判斷是否為普通檔案
Stat_buf.st_mode & S_IXOTH // 判斷是否為可執行檔案
Dup2(connfd, STDOUT_FILENO); // dup2重定向標準輸出至連線套接字
Execl(path, path, NULL); // execl執行
字串操作
Strstr(buf, “port”); // 返回指定字元子串第一次出現的位置
Strcpy(path, p); // 複製字串
Strcat(path, “/index.html”); // 連線字串
Strtok(&buf[4], “ ”); // strtok 分割字串
原始碼檔案彙總：
1 /*
2 * FILE: main.c
3 * DATE: 20180205
4 * ===============
5 */
6
7 #include "common.h"
8
9 int main(void)
10 {
11 struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr;
12 struct stat stat_buf;
13 int listenfd, connfd, len, fd, port;
14 pid_t pid;
15 char path[BUFFSIZE];
16
17
18 signal(SIGCHLD, SIG_IGN); // signal 訊號處理
19 signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
20
21 printf("initializing ...\n");
22 if(init(&serv_addr, &listenfd, &port, path) < 0) // 自定義init初始化
23 {
24 DEBUG("error during initializing\n");
25 exit(-1);
26 }
27 while(1)
28 {
29 DEBUG("waiting connection ...\n");
30 connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, &len);
31 if(connfd < 0)
32 {
33 perror("fail to accept");
34 exit(-2);
35 }
36 pid = fork(); // fork 子程序，併發處理請求
37 if(pid < 0)
38 {
39 perror("fail to fork");
40 exit(-3);
41 }
42 if(pid == 0)
43 {
44 close(listenfd); // 關閉監聽套接字
45 if(get_path(connfd, path) < 0) // 分析客戶端發來的資訊，得到請求檔案路徑
46 {
47 DEBUG("error during geting filepath\n");
48 exit(-4);
49 }
50 DEBUG("%s\n", path);
51 if((fd=open(path, O_RDONLY)) < 0)
52 {
53 error_page(connfd);
54 close(connfd);
55 exit(0);
56 }
57 if(fstat(fd, &stat_buf) < 0)
58 {
59 perror("fail to get file status");
60 exit(-5);
61 }
62 if(!S_ISREG(stat_buf.st_mode)) // S_ISREG 判斷是否為普通檔案
63 {
64 if(error_page(connfd) < 0) // 自定義error_page 輸出出錯頁面
65 {
66 DEBUG("error during writing error-page\n");
67 close(connfd);
68 exit(-6);
69 }
70 close(connfd);
71 exit(0);
72 }
73 if(stat_buf.st_mode & S_IXOTH) // 可執行檔案，說明是一個CGI檔案
74 {
75 dup2(connfd, STDOUT_FILENO); // dup2重定向標準輸出到連線套接字
76 if(execl(path, path, NULL) < 0) // exec 執行該CGI檔案
77 {
78 perror("fail to exec");
79 exit(-7);
80 }
81 }
82 if(write_page(connfd, path, fd) < 0) // 若為普通檔案，則將檔案內容傳送給客戶端
83 {
84 DEBUG("error during writing page\n");
85 exit(-8);
86 }
87 close(fd); // 關閉檔案
88 close(connfd); // 伺服器端主動關閉連線套接字，表示資料傳輸完畢
89 exit(0); // 子程序正常退出
90 }
91 else
92 close(connfd); // 父程序關閉連線套接字，繼續監聽
93 }
94 return 0;
95
96 }
97
98
99
100 /* FILE: web_server.c
101 * DATE: 20180205
102 * ===============
103 */
104
105 #include "common.h"
106 /*
107 * 讀取配置檔案，對埠號和根目錄進行配置。
108 * 只在本檔案內呼叫，使用static關鍵字進行宣告。
109 * port: 埠號 path: 伺服器程式的根目錄
110 */
111 static int configuration(int *port, char *path)
112 {
113 FILE *fp;
114 char buf[BUFFSIZE];
115 char *p;
116 // 開啟配置檔案。該檔案放在伺服器程式所在目錄下
117 fp = fopen("./config.ini", "r");
118 if(fp == NULL)
119 {
120 perror("fail to open config.ini");
121 return -1;
122 }
123 while(fgets(buf, BUFFSIZE, fp) != NULL) // fgets 讀取檔案每一行的內容
124 {
125 if(buf[strlen(buf)-1] != '\n') // 判斷檔案格式
126 {
127 printf("error in config.ini\n");
128 return -1;
129 }
130 else
131 buf[strlen(buf)-1] = '\0'; // 將換行符\n改為結束符\0
132 // 埠號的配置格式為 port: 8080，注意冒號：後面有一個空格
133 if(strstr(buf, "port") == buf) // 匹配port關鍵字，讀取埠號
134 {
135 if((p=strchr(buf, ':')) == NULL)
136 {
137 printf("config.ini expect ':'\n");
138 return -1;
139 }
140 *port = atoi(p+2); // 跳過冒號：和空格得到埠號
141 if(*port <= 0)
142 {
143 printf("error port\n");
144 return -1;
145 }
146 }
147 // 根目錄的配置格式為 root-path: /root,注意冒號：後面有一個空格
148 else if(strstr(buf, "root-path") == buf)
149 {
150 if((p=strchr(buf, ':')) == NULL)
151 {
152 printf("config.ini expect ':'\n");
153 return -1;
154 }
155 p = p + 2; // 跳過冒號和空格，得到根目錄
156 strcpy(path, p);
157 }
158 else
159 {
160 printf("error in config.ini\n");
161 return -1;
162 }
163 }
164 return 0;
165 }
166
167 int init(struct sockaddr_in *serv_addr, int *listenfd, int *port, char *path)
168 {
169 int fd;
170
171 configuration(port, path);
172
173 bzero(serv_addr, sizeof(struct sockaddr_in)); // bzero
174 serv_addr->sin_family = AF_INET; // sin_family AF_INET
175 serv_addr->sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // sin_addr.s_addr INADDR_ANY
176 serv_addr->sin_port = htons(*port); // sin_port
177
178 if((fd=socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) // socker 建立套接字
179 {
180 perror("fail to creat socket");
181 return -1;
182 }
183 // bind 將已建立的套接字與填充好的服務端地址繫結
184 if(bind(fd, (struct sockaddr *)serv_addr, sizeof(struct sockaddr_in)) < 0)
185 {
186 perror("fail to bind");
187 return -2;
188 }
189 if(listen(fd, 20) < 0) // listen 監聽套接字
190 {
191 perror("fail to listen");
192 return -3;
193 }
194 *listenfd = fd;
195 return 0;
196 }
197
198 /*
199 * 分析http協議頭的第一行，得到請求檔案方式和檔案路徑
200 * connfd: 連線套接字
201 * path: 伺服器程式的根目錄，用於和解析出的檔名拼成完整的檔案路徑
202 */
203 int get_path(int connfd, char *path)
204 {
205 char buf[BUFFSIZE];
206
207 read(connfd, buf, BUFFSIZE); // 讀取HTTP協議頭的第一行
208 // HTTP協議頭第一行的格式為“GET / HTTP/1.1”
209 // 第四個字元為空格，第五個字元開始是所要求的檔案路徑
210 if(strstr(buf, "GET") != buf) // 協議的開始說明取得檔案的方式“GET”
211 {
212 DEBUG("wrong request\n");
213 return -1;
214 }
215 // 若沒有指定檔名，則使用預設檔案index.html
216 if(buf[4]=='/' && buf[5]==' ')
217 strcat(path, "/index.html");
218 else
219 {
220 strtok(&buf[4], " "); // strtok 分割字串
221 strcat(path, &buf[4]); // strcat 連線字串
222 }
223 return 0;
224 }
225
226 int error_page(int sockfd)
227 {
228 char err_str[BUFFSIZE];
229 #ifdef DEBUG_PRINT // 除錯時，用於向客戶端輸出出錯資訊
230 sprintf(err_str, "HTTP/1.1 404 %s\r\n", strerror(errno));
231 #else // 釋出版，則不輸出具體出錯資訊
232 sprintf(err_str, "HTTP/1.1 404 Not Exsit\r\n");
233 #endif
234 // http協議頭第一行
235 write(sockfd, err_str, strlen(err_str));
236 // 協議頭第2行，說明頁面的型別。只輸出出錯資訊，所以頁面型別為文字型別text/html
237 write(sockfd, "Content-Type: text/html\r\n\r\n", strlen("Content-Type: text/html\r\n\r\n"));
238 // 輸出html內容
239 write(sockfd, "<html><body> the file dose not exsit </body></html>",
240 strlen("<html><body> the file not exist </body></html>"));
241 // http協議的每一行以\r\n結尾，整個協議的結尾還有額外的一行\r\n
242 return 0;
243 }
244 // 向客戶端輸出需要的頁面
245 // 將檔案內容傳送給客戶端，同樣，伺服器程式需要為該檔案新增HTTP協議頭
246 // connfd: 連線套接字 path: 檔案的完整路徑
247 int write_page(int connfd, char *path, int fd)
248 {
249 int len = strlen(path);
250 char buf[BUFFSIZE];
251 // 協議頭的第一行
252 write(connfd, "HTTP/1.1 200 OK\r\n", strlen("HTTP/1.1 200 OK\r\n"));
253 // 協議頭的第2行，頁面型別。需要根據檔案的副檔名來進行判斷
254 write(connfd, "Content-Type: ", strlen("Content-Type: "));
255 // 三種圖片格式
256 if(strcasecmp(&path[len-3], "jpg")==0 || strcasecmp(&path[len-4], "jpeg")==0)
257 write(connfd, "image/jpeg", strlen("image/jpeg"));
258 else if(strcasecmp(&path[len-3], "gif") == 0)
259 write(connfd, "image/gif", strlen("image/gif"));
260 else if(strcasecmp(&path[len]-3, "png") == 0)
261 write(connfd, "image/png", strlen("image/png"));
262 else
263 write(connfd, "text/html", strlen("text/html"));
264 // 新增協議尾，最後需多出一個\r\n空行
265 write(connfd, "\r\n\r\n", 4);
266 // fd = open(path, O_RDONLY);
267 while((len=read(fd, buf, BUFFSIZE)) > 0)
268 write(connfd, buf, len);
269
270 return 0;
271 }
272
273
274
275
276 # FILE: Makefile
277 # DATE: 20180205
278 # ==============
279
280 OBJECTS = common.h web_server.c main.c
281
282 all: build
283
284 build: $(OBJECTS)
285 gcc -o build $(OBJECTS)
286
287 .PHONY: clean
288 clean:
289 rm *.o
290
291
292 # FILE: config.ini
293 # DATE: 20180205
294 # ===============
295
296 port: 8000
297 root-path: /home/admin
298
299
300 # FILE: index.html
301 # DATE: 20180205
302 # ===============
303
304 <html>
305 <head>
306 <title>This is a test</title>
307 <link rel="shortcut icon" href="favicon.ico" type="image/x-icon" />
308 <link rel="icon" href="png_favicon.png" type="image/png" >
309 </head>
310 <body>
311 <p>successfully communicate</p>
312 <img src='test.jpg'>
313 </body>
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