C 語言實作一個簡單的 web 服務器-有解無憂

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：WSAStartup 進行初始化--> socket 創建套接字--> bind 系結--> listen 監聽--> connect 連接--> accept 接收請求--> send/recv 發送或接收資料--> 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：

#include <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：

int WSAStartup(
  WORD      wVersionRequired,
  LPWSADATA lpWSAData
);

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：

WSADATA wsaData;

隨后傳參至初始化函式 WSAStartup 完成初始化：

WSAStartup(MAKEWORD(1, 1), &wsaData)

WSAStartup 若初始化失敗則會回傳非0值：

if (WSAStartup(MAKEWORD(1, 1), &wsaData) != 0) 
{
 exit(1);
}

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：

SOCKET WSAAPI socket(
  int af,
  int type,
  int protocol
);

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，

int skt = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);

創建完 socket 后，若為 -1 表示創建失敗，進行判斷如下：

if (skt == -1) 
{         
 return -1;
}

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：

int bind(
  SOCKET         socket,
  const sockaddr *addr,
  int            addrlen
);

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：

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;

接著配置埠資訊：

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 初始化記憶體，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 函式進行系結且進行判斷是否系結成功：

//系結
if (bind(skt, (struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(server_addr)) == -1) {       
 return -1; 
}

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：

int listen(
 int sockfd, 
 int backlog
)

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：

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);
 //系結
 if (bind(skt, (struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(server_addr)) == -1){       
  return -1; 
 } 
 //監聽 
 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：

在這里插入圖片描述

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：

int accept(
 int sockfd,
 struct sockaddr *addr,
 socklen_t *addrlen
 );

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：

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函式，函式原型為：

ssize_t recv(
 int sockfd, 
 void *buf, 
 size_t len, 
 int flags
)

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：

//獲取資料 
char buf[1024];
if (recv(access_skt, buf, 1024, 0) == -1) {
 exit(1);
}

此時我們再到 accpt 和 recv 外層添加一個回圈，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);
  
  //獲取資料 
  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：

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);
  
  //獲取資料 
  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：

void req(char* buf, int access_socket) 
{
}

然后先在 while 回圈中傳遞需要的值：

req(buf, access_skt);

接著開始撰寫 req 函式，首先在 req 函式中標記當前目錄下：

char arguments[BUFSIZ];  
strcpy(arguments, "./");

隨后分離出請求與引數：

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: ";

接著獲取請求引數，若獲取 index.html，就獲取當前路徑下的該檔案：

FILE* rfile= fopen(arguments, "rb");

獲取檔案后表示請求 ok，我們先回傳一個 200 狀態：

char* head = "HTTP/1.1 200 OK\r\n";    
int len; 
char ctype[30] = "Content-type:text/html\r\n";   
len = strlen(head);

接著撰寫一個發送函式 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：

send_(send_to, head, &len);
len = strlen(ctype);
send_(send_to, ctype, &len);

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：

//獲取檔案描述
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);

最后發送資料：

//·資料發送
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 檔案資料，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);
 } 
 
}

小伙伴們可以撰寫更加靈活的指定資源型別、錯誤處理等完善這個 demo，

轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/ruanti/197246.html

標籤：其他

上一篇：小米、QQ等8款手機瀏覽器發布自查整改公告；AMD宣布收購賽靈思；?TypeScript 4.0.5發布|極客頭條

下一篇：【第三方互聯】十六、微信（wechat）授權第三方登錄