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C 語言實作一個簡單的 web 服務器!了解 Socket 通訊作業原理!

2020-12-02 21:36:35 後端開發

說到 web 服務器想必大多數人首先想到的協議是 http,那么 http 之下則是 tcp,本篇文章將通過 tcp 來實作一個簡單的 web 服務器,

本篇文章將著重講解如何實作,對于 http 與 tcp 的概念本篇將不過多講解,

 

一、了解 Socket 及 web 服務作業原理

既然是基于 tcp 實作 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行程,或者說是主機與主機進行資訊互動的一種抽象,socket 可以將資料流送入網路中,也可以接收資料流,

socket 的資訊互動與本地檔案資訊的讀取從表面特征上看類似,但其中所存在的撰寫復雜度是本地 IO 不能比擬的,但卻有相似點,

在 win 下 socket 的互動互動步驟為:


 

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回應流程步驟看為:獲得 request 請求-->得到請求關鍵資料-->獲取關鍵資料-->發送關鍵資料,

服務器的這一步流程是在啟動socket 進行監聽后才能回應,通過監聽得知接收到請求,使用 recv 接收請求資料,從而根據該引數得到進行資源獲取,最后通過 send 將資料進行回傳,

 

二、創建sokect完成監聽

2.1 WSAStartup初始化

首先在c語言頭檔案中引入依賴 WinSock2.h:


 

在第一點中對 socket 的創建步驟已有說明,首先需要完成 socket 的初始化操作,使用函式 WSAStartup,該函式的原型為:


 

該函式的引數 wVersionRequired 表示 WinSock2 的版本號;

lpWSAData 引數為指向 WSADATA 的指標,WSADATA 結構用于 WSAStartup 初始化后回傳的資訊,

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,

首先宣告一個 WSADATA 結構體  :


 

隨后傳參至初始化函式 WSAStartup 完成初始化:


 

WSAStartup 若初始化失敗則會回傳非0值:


 

2.2 創建socket 套接字

初始化完畢后開始創建套接字,套接字創建使用函式,函式原型為:


 

在函式原型中,af 表示 IP 地址型別,使用 PF_INET 表示 IPV4,type 表示使用哪種通信型別,例如 SOCK_STREAM 表示 TCP,protocol 表示傳輸協議,使用 0 會根據前 2 個引數使用默認值,


 

創建完 socket 后,若為 -1 表示創建失敗,進行判斷如下:


 

2.3 系結服務器

創建完 socket 后需要對服務器進行系結,配置埠資訊、IP 地址等, 首先查看 bind 函式需要哪一些引數,函式原型如下:


 

引數 socket 表示系結的 socket,傳入 socket 即可;addr 為 sockaddr_in 的結構體變數的指標,在 sockaddr_in 結構體變數中配置一些服務器資訊;addrlen 為 addr 的大小值,

通過 bind 函式原型得知了我們所需要的資料,接下來創建一個 sockaddr_in 結構體變數用于配置服務器資訊:


 

隨后配置地址家族為AF_INET對應TCP/IP:


 

接著配置埠資訊:


 

再指定 ip 地址:


 

ip 地址若不確定可以手動輸入,最后使用神器 memset 初始化記憶體,完整代碼如下:


 

隨后使用 bind 函式進行系結且進行判斷是否系結成功:


 

2.4 listen進行監聽

系結成功后開始對埠進行監聽,查看 listen 函式原型:


 

函式原型中,引數 sockfd 表示監聽的套接字,backlog 為設定內核中的某一些處理(此處不進行深入講解),直接設定成 10 即可,最大上限為 128,使用監聽并且判斷是否成功代碼為:


 

此階段完整代碼如下:


 

運行代碼可得知代碼無錯誤,并且輸出 listening:


 

 

2.5 獲取請求

監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 函式原型如下:


 

引數 sockfd 為指定的套接字;addr 為指向 struct sockaddr 的指標,一般為客戶端地址;addrlen 一般設定為設定為 sizeof(struct   sockaddr_in) 即可,代碼為:


 

接下來開始接受客戶端的請求,使用recv函式,函式原型為:


 

引數 sockfd 為 accept 建立的通信;buf 為快取,資料存放的位置;len 為快取大小;flags 一般設定為0即可:


 

此時我們再到 accpt 和 recv 外層添加一個回圈,使之流程可重復:


 

并且可以在瀏覽器輸入 127.0.0.1:8080 將會看到客戶端列印了 listening 新建了鏈接:


 
 

我們添加printf陳述句可查看客戶端請求:


 
 

接下來我們對請求頭進行對應的操作,

 

2.6 請求處理層撰寫

得到請求后開始撰寫處理層,繼續接著代碼往下寫沒有層級,撰寫一個函式名為 req,該函式接收請求資訊與一個建立好的連接為引數:


 

然后先在 while 回圈中傳遞需要的值:


 

接著開始撰寫 req 函式,首先在 req 函式中標記當前目錄下:


 

隨后分離出請求與引數:


 

接著我們標記一些頭元素:


 

接著獲取請求引數,若獲取 index.html,就獲取當前路徑下的該檔案:


 

獲取檔案后表示請求 ok,我們先回傳一個 200 狀態:


 

接著撰寫一個發送函式 send_:


 

send 函式功能并不難在此不再贅述,就是一個遍歷發送的邏輯,隨后發送 http 回應與檔案型別:


 

隨后獲得請求檔案的描述,需要添加頭檔案#include <sys/stat.h>使用fstat,且向已連接的通信發生必要的資訊 :


 

最后發送資料:


 

最后訪問地址,得到當前目錄下 index.html 檔案資料,并且在瀏覽器渲染:


 

是不是很神奇呢,你也試試自己動手做出來一個簡單的 web 服務器吧!想要獲取完整代碼,關注我給我留言!


 

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