C 語言實現(xiàn)一個簡單的 web 服務器
說到 web 服務器想必大多數(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 服務工作原理
既然是基于 tcp 實現(xiàn) web 服務器，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。當目標服務器接收到該操作產(chǎn)生掉請求后，我們可以把服務器的響應流程步驟看為：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)。服務器的這一步流程是在啟動socket 進行監(jiān)聽后才能響應。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?
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 綁定服務器
創(chuàng)建完 socket 后需要對服務器進行綁定，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器信息：
struct?sockaddr_in?server_addr;
隨后配置地址家族為AF_INET對應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 為設置內(nèi)核中的某一些處理（此處不進行深入講解），直接設置成 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?
#include?
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 一般設置為設置為 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：
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??{
??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 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?
#include?
#include??
int?send_(int?s,?char?*buf,?int?*len)?{
?int?total;??????????
?int?bytesleft;????????????????????????????????
?int?n;
?total=0;
?bytesleft=*len;
?while(total??{
??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。