第 24 章 制作 HTTP 服務器端

24.1 HTTP 概要

????????本章將編寫 HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本傳輸協議）服務器端，即 Web 服務器端。

理解 Web 服務器端：

????????web服務器端就是要基于 HTTP 協議，將網頁對應文件傳輸給客戶端的服務器端。Hypertext(超文本)是可以根據客戶端請求而跳轉的結構化信息。

HTTP：

? ? ? ? HTTP協議是以超文本傳輸為目的而設計的應用層協議，這種協議同樣屬于基于TCP/IP實現的協議，從結果上看，實現該協議相當于實現web服務器端。

????????此外，瀏覽器也屬于基于套接字的客戶端，因為連接到任意Web服務器端時，瀏覽器內部也會創建套接字，只不過瀏覽器多了一項功能：將服務器端傳輸的HTML格式的超文本解析為可讀性較強的視圖。 總之，Web服務器端是以HTTP協議為基礎傳輸超文本的服務器端。

? ? ? ? HTTP是無狀態的 Stateless 協議。如圖：?

????????從上圖可以看出，服務器端相應客戶端請求后立即斷開連接。換言之，服務器端不會維持客戶端狀態。即使同一客戶端再次發送請求，服務器端也無法辨認出是原先那個，而會以相同方式處理新請求。因此，HTTP 又稱「無狀態的 Stateless 協議」。

請求消息（Request Message）的結構：

????????下面是客戶端向服務端發起請求消息的結構：

????????從圖中可以看出，請求消息可以分為請求頭、消息頭、消息體 3 個部分。其中，請求行含有請求方式（請求目的）信息。典型的請求方式有 GET 和 POST ，GET 主要用于請求數據，POST 主要用于傳輸數據。為了降低復雜度，我們實現只能響應 GET 請求的 Web 服務器端，下面解釋圖中的請求行信息。其中「GET/index.html HTTP/1.1」 具有如下含義：?

????????請求（GET）index.html 文件，通常以 1.1 版本的 HTTP 協議進行通信。

????????請求行只能通過 1 行（line）發送，因此，服務器端很容易從 HTTP 請求中提取第一行，并分別分析請求行中的信息。

????????請求行下面的消息頭中包含發送請求的瀏覽器信息、用戶認證信息等關于 HTTP 消息的附加信息。最后的消息體中裝有客戶端向服務端傳輸的數據，為了裝入數據，需要以 POST 方式發送請求。但是我們的目標是實現 GET 方式的服務器端，所以可以忽略這部分內容。另外，消息體和消息頭與之間以空行隔開，因此不會發生邊界問題。

響應消息（Response Message）的結構：

????????下面是 Web 服務器端向客戶端傳遞的響應信息的結構。從圖中可以看出，該響應消息由狀態行、頭信息、消息體等 3 個部分組成。狀態行中有關于請求的狀態信息，這是與請求消息相比最為顯著地區別。

????????第一個字符串狀態行中含有關于客戶端請求的處理結果。例如，客戶端請求 index.html 文件時，表示 index.html 文件是否存在、服務端是否發生問題而無法響應等不同情況的信息寫入狀態行。圖中的「HTTP/1.1 200 OK」具有如下含義：

? ? ? ? 我想用HTTP1.1版本進行響應，你的請求已正確處理(200，OK)。

? ? ? ? 表示“客戶端請求的執行結果”的數字成為狀態碼，典型的有以下幾種：

• 200 OK : 成功處理了請求!
• 404 Not Found : 請求的文件不存在!
• 400 Bad Request : 請求方式錯誤，請檢查！

????????消息頭中含有傳輸的數據類型和長度等信息。圖中的消息頭含有如下信息：

???服務端名為 SimpleWebServer ，傳輸的數據類型為 text/html。數據長度不超過 2048 個字節。

????????最后插入一個空行后，通過消息體發送客戶端請求的文件數據。以上就是實現 Web 服務端過程中必要的 HTTP 協議。

24.2 實現簡單的 Web 服務器端

實現基于 Linux 的多線程 Web 服務器端：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <pthread.h>#define BUF_SIZE 1024
#define SMALL_BUF 100void *request_handler(void *arg);
void send_data(FILE *fp, char *ct, char *file_name);
char *content_type(char *file);
void send_error(FILE *fp);
void error_handling(char *message);int main(int argc, char *argv[])
{int serv_sock, clnt_sock;struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;int clnt_adr_size;char buf[BUF_SIZE];pthread_t t_id;if (argc != 2){printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);exit(1);}serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));serv_adr.sin_family = AF_INET;serv_adr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));if (bind(serv_sock, (struct sockaddr *)&serv_adr, sizeof(serv_adr)) == -1)error_handling("bind() error");if (listen(serv_sock, 20) == -1)error_handling("listen() error");while (1){clnt_adr_size = sizeof(clnt_adr);clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr *)&clnt_adr, &clnt_adr_size);printf("Connection Request : %s:%d\n",inet_ntoa(clnt_adr.sin_addr), ntohs(clnt_adr.sin_port));// 創建線程來處理客戶端請求pthread_create(&t_id, NULL, request_handler, &clnt_sock);pthread_detach(t_id);}close(serv_sock);return 0;
}
// 處理客戶端請求的線程函數
void *request_handler(void *arg)
{int clnt_sock = *((int *)arg);char req_line[SMALL_BUF];FILE *clnt_read;FILE *clnt_write;char method[10];char ct[15];char file_name[30];clnt_read = fdopen(clnt_sock, "r");clnt_write = fdopen(dup(clnt_sock), "w");fgets(req_line, SMALL_BUF, clnt_read);// 檢查請求行中是否包含 "HTTP/"if (strstr(req_line, "HTTP/") == NULL){send_error(clnt_write);fclose(clnt_read);fclose(clnt_write);return;}// 解析請求行，提取請求方法和文件名strcpy(method, strtok(req_line, " /"));strcpy(file_name, strtok(NULL, " /"));strcpy(ct, content_type(file_name));// 檢查請求方法是否為 "GET"if (strcmp(method, "GET") != 0){send_error(clnt_write);fclose(clnt_read);fclose(clnt_write);return;}// 關閉讀取文件流，然后發送數據給客戶端fclose(clnt_read);send_data(clnt_write, ct, file_name);
}
// 發送數據給客戶端
void send_data(FILE *fp, char *ct, char *file_name)
{char protocol[] = "HTTP/1.0 200 OK\r\n";char server[] = "Server:Linux Web Server \r\n";char cnt_len[] = "Content-length:2048\r\n";char cnt_type[SMALL_BUF];char buf[BUF_SIZE];FILE *send_file;sprintf(cnt_type, "Content-type:%s\r\n\r\n", ct);send_file = fopen(file_name, "r");// 檢查文件是否存在if (send_file == NULL){send_error(fp);return;}//傳輸頭信息fputs(protocol, fp);fputs(server, fp);fputs(cnt_len, fp);fputs(cnt_type, fp);//傳輸請求數據while (fgets(buf, BUF_SIZE, send_file) != NULL){fputs(buf, fp);fflush(fp);}fflush(fp);fclose(fp);
}
// 獲取文件的內容類型
char *content_type(char *file)
{char extension[SMALL_BUF];char file_name[SMALL_BUF];strcpy(file_name, file);strtok(file_name, ".");strcpy(extension, strtok(NULL, "."));if (!strcmp(extension, "html") || !strcmp(extension, "htm"))return "text/html";elsereturn "text/plain";
}
void send_error(FILE *fp)
{char protocol[] = "HTTP/1.0 400 Bad Request\r\n";char server[] = "Server:Linux Web Server \r\n";char cnt_len[] = "Content-length:2048\r\n";char cnt_type[] = "Content-type:text/html\r\n\r\n";char content[] = "<html><head><title>NETWORK</title></head>""<body><font size=+5><br>發生錯誤！ 查看請求文件名和請求方式!""</font></body></html>";fputs(protocol, fp);fputs(server, fp);fputs(cnt_len, fp);fputs(cnt_type, fp);fflush(fp);
}
void error_handling(char *message)
{fputs(message, stderr);fputc('\n', stderr);exit(1);
}

運行結果：

????????經過測試，這個簡單的 HTTP 服務器可以正常的顯示出頁面。?