C 語言實現(xiàn)一個簡單的 web 服務(wù)器的原理解析
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 來實現(xiàn)一個簡單的 web 服務(wù)器。
本篇文章將著重講解如何實現(xiàn)，對于 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 實現(xiàn) web 服務(wù)器，很多學習 C 語言的小伙伴可能會很快的想到套接字 socket。socket 是一個較為抽象的通信進程，或者說是主機與主機進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。在 win 下 socket 的交互交互步驟為：WSAStartup 進行初始化--> 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 socket 的基本步驟后我們了解一下一個基本 web 請求的用戶常規(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。當目標服務(wù)器接收到該操作產(chǎn)生掉請求后，我們可以把服務(wù)器的響應(yīng)流程步驟看為：獲得 request 請求-->得到請求關(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socket 進行監(jiān)聽后才能響應(yīng)。通過監(jiān)聽得知接收到請求，使用 recv 接收請求數(shù)據(jù)，從而根據(jù)該參數(shù)得到進行資源獲取，最后通過 send 將數(shù)據(jù)進行返回。
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>
在第一點中對 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；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 則會有更多的支持，在此我們選擇版本 1.1。
首先聲明一個 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 會根據(jù)前 2 個參數(shù)使用默認值。
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 后需要對服務(wù)器進行綁定，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 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)進行綁定且進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進行監(jiān)聽
綁定成功后開始對端口進行監(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");
}
運行代碼可得知代碼無錯誤，并且輸出 listening：
2.5 獲取請求
監(jiān)聽完成后開始獲取請求。受限需要使用 accept 對套接字進行連接，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);
}
此時我們再到 accpt 和 recv 外層添加一個循環(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);
}
接下來我們對請求頭進行對應(yīng)的操作。
2.6 請求處理層編寫
得到請求后開始編寫處理層。繼續(xù)接著代碼往下寫沒有層級，編寫一個函數(shù)名為 req，該函數(shù)接收請求信息與一個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)中標記當前目錄下：
char arguments[BUFSIZ]; strcpy(arguments, "./");
隨后分離出請求與參數(shù)：
char command[BUFSIZ]; sscanf(request, "%s%s", command, arguments+2);
接著我們標記一些頭元素：
char* extension = "text/html"; char* content_type = "text/plain"; char* body_length = "Content-Length: ";
接著獲取請求參數(shù)，若獲取 index.html，就獲取當前路徑下的該文件：
FILE* rfile= fopen(arguments, "rb");
獲取文件后表示請求 ok，我們先返回一個 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、錯誤處理等完善這個 demo。
到此這篇關(guān)于C 語言實現(xiàn)一個簡單的 web 服務(wù)器的原理解析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C 語言實現(xiàn)web 服務(wù)器內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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