C 語言實現一個簡單的 web 服務器
說到 web 服務器想必大多數人首先想到的協(xié)議是 http，那么 http 之下則是 tcp，本篇文章將通過 tcp 來實現一個簡單的 web 服務器。
本篇文章將著重講解如何實現，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 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 可以將數據流送入網絡中，也可以接收數據流。
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)送或接收數據--> closesocket 關閉 socket--> WSACleanup 最終關閉。
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-->得到請求關鍵數據-->獲取關鍵數據-->發(fā)送關鍵數據。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 接收請求數據，從而根據該參數得到進行資源獲取，最后通過 send 將數據進行返回。
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 WSAStartup，該函數的原型為：
int WSAStartup(
WORD wVersionRequired,
LPWSADATA lpWSAData
);
該函數的參數 wVersionRequired 表示 WinSock2 的版本號；lpWSAData 參數為指向 WSADATA 的指針，WSADATA 結構用于 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 結構體 ：
WSADATA wsaData;
隨后傳參至初始化函數 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，函數原型為：
SOCKET WSAAPI socket(
int af,
int type,
int protocol
);
在函數原型中，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 會根據前 2 個參數使用默認值。
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 函數需要哪一些參數，函數原型如下：
int bind(
SOCKET socket,
const sockaddr *addr,
int addrlen
);
參數 socket 表示綁定的 socket，傳入 socket 即可；addr 為 sockaddr_in 的結構體變量的指針，在 sockaddr_in 結構體變量中配置一些服務器信息；addrlen 為 addr 的大小值。
通過 bind 函數原型得知了我們所需要的數據，接下來創(chuàng)建一個 sockaddr_in 結構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 函數原型：
int listen(
int sockfd,
int backlog
)
函數原型中，參數 sockfd 表示監(jiān)聽的套接字，backlog 為設置內核中的某一些處理（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 <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 函數原型如下：
int accept(
int sockfd,
struct sockaddr *addr,
socklen_t *addrlen
);
參數 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，函數原型為：
ssize_t recv(
int sockfd,
void *buf,
size_t len,
int flags
)
參數 sockfd 為 accept 建立的通信；buf 為緩存，數據存放的位置；len 為緩存大小；flags 一般設置為0即可：
//獲取數據
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);
//獲取數據
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);
//獲取數據
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，編寫一個函數名為 req，該函數接收請求信息與一個建立好的連接為參數：
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，首先在 req 函數中標記當前目錄下：
char arguments[BUFSIZ];
strcpy(arguments, "./");
隨后分離出請求與參數：
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，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 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 <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)送數據：
//·數據發(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 文件數據，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);
}
}
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