C 語言實(shí)現(xiàn)一個(gè)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(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的 web 服務(wù)器。
本篇文章將著重講解如何實(shí)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(shí)現(xiàn) web 服務(wù)器,很多學(xué)習(xí) C 語言的小伙伴可能會很快的想到套接字 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(jìn)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(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 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(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(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(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:
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(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??;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)我們再到 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(jìn)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(gè)函數(shù)名為 req,該函數(shù)接收請求信息與一個(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。
到此這篇關(guān)于C 語言實(shí)現(xiàn)一個(gè)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(shí)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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