[Linux#58][HTTP] 自己构建服务器 | 实现网页分离 | 设计思路
目录
一. 最简单的HTTP服务器
二.服务器 2.0
Protocol.hpp
httpServer.hpp
子进程的创建和退出
子进程退出的意义
父进程关闭连接套接字
httpServer.cc
argc (argument count)
argv (argument vector)
三.服务器和网页分离
思考与补充：
一. 最简单的HTTP服务器
基于上一篇文章的理论：
我们可以尝试实现一个简单的 HTTP 服务器，它可以接受客户端连接并返回一个 "Hello World" 网页。为了详细说明这段代码，让我们逐行进行解释。
#include // 引入套接字相关的头文件
#include // 引入处理IPv4地址的头文件
#include // 引入INET相关函数的头文件
#include // 引入UNIX标准函数，如close()
#include // 引入标准输入输出头文件
#include // 引入字符串处理函数的头文件
#include // 引入标准库函数，如atoi() 这些头文件包含了程序所需的各种函数和类型：
sys/socket.h: 提供套接字函数和数据结构。netinet/in.h: 提供了用于处理 IPv4 地址的结构和函数。arpa/inet.h: 提供了用于操作 IP 地址的函数，如inet_addr。unistd.h: 提供了 UNIX 标准函数，如close。stdlib.h: 提供了一些标准库函数，如atoi。
void Usage() {
printf("usage: ./server [ip] [port]
");
}定义了一个 Usage 函数，该函数打印使用说明，说明程序需要两个命令行参数，即 IP 地址和端口号。
int main(int argc, char* argv[]) {程序的 main 函数开始。
if (argc != 3) {
Usage();
return 1;
}检查命令行参数的数量。如果参数数量不等于 3（程序名、IP 地址和端口号）
int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (fd < 0) {
perror("socket"); // 如果创建失败，打印错误信息
return 1;
}创建一个套接字。AF_INET 表示使用 IPv4，SOCK_STREAM 表示使用 TCP。
struct sockaddr_in addr; // 定义一个地址结构体
addr.sin_family = AF_INET; // 设置为IPv4地址族
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]); // 设置IP地址
addr.sin_port = htons(atoi(argv[2])); // 设置端口号，并转换为网络字节序设置服务器端地址：
sin_family：家族类型为AF_INET，即 IPv4。sin_addr.s_addr：将命令行参数中的 IP 地址转化为网络字节序的二进制地址。sin_port：将命令行参数中的端口号转化为网络字节序的端口号。
int ret = bind(fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
if (ret < 0) {
perror("bind"); // 如果绑定失败，打印错误信息
return 1;
}将套接字绑定到指定的 IP 地址和端口。
ret = listen(fd, 10);
if (ret < 0) {
perror("listen"); // 如果监听失败，打印错误信息
return 1;
}开始监听连接，允许最多 10 个连接等待队列。
for (;;) {
struct sockaddr_in client_addr; // 定义客户端地址结构体
socklen_t len = sizeof(client_addr); // 定义长度变量
int client_fd = accept(fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &len);
if (client_fd < 0) {
perror("accept"); // 如果接受连接失败，打印错误信息
continue; // 继续下一次循环
}进入一个无限循环，持续接受客户端的连接：
client_addr：用于存储客户端的地址。len：保存地址client_addr的长度。accept：接受一个客户端连接。
如果 accept 失败，打印错误信息并继续下一次循环。
char input_buf[1024 * 10] = {0};
ssize_t read_size = read(client_fd, input_buf, sizeof(input_buf) - 1);
if (read_size < 0) {
perror("read"); // 如果读取失败，打印错误信息
close(client_fd); // 关闭客户端套接字
continue; // 继续下一次循环
}
printf("[Request] %s
", input_buf);定义一个缓冲区并读取客户端数据：
input_buf：存储从客户端读取的数据。read：从客户端套接字读取数据至缓冲区。
如果读取失败，打印错误信息，关闭客户端套接字，并继续下一次循环。
char buf[1024] = {0};
const char* hello = "hello world
";
sprintf(buf, "HTTP/1.0 200 OK
Content-Length:%lu
%s", strlen(hello), hello);
write(client_fd, buf, strlen(buf));定义一个缓冲区并发送响应：
hello：要发送的 HTML 内容。sprintf：格式化 HTTP 响应，包括头部和内容。write：将响应发送回客户端。
close(client_fd); // 关闭客户端套接字
}关闭客户端连接。
close(fd); // 关闭服务器套接字
return 0; // 正常退出
}关闭服务器套接字并正常退出程序。
总结：
该程序是一个基本的 HTTP 服务器，负责监听指定的 IP 地址和端口，接受客户端连接，读取请求并发送一个包含 "Hello World" 的 HTML 响应。它通过使用 UNIX 系统调用（如 socket、bind、listen 和 accept 等）来实现这一功能。
完整代码：
#include // 引入套接字相关的头文件
#include // 引入处理IPv4地址的头文件
#include // 引入INET相关函数的头文件
#include // 引入UNIX标准函数，如close()
#include // 引入标准输入输出头文件
#include // 引入字符串处理函数的头文件
#include // 引入标准库函数，如atoi()
// 打印服务器的使用方法
void Usage() {
printf("usage: ./server [ip] [port]
");
}
int main(int argc, char* argv[]) {
// 确保命令行参数数量正确（应为3个：程序名、IP地址和端口号）
if (argc != 3) {
Usage();
return 1;
}
// 创建一个基于IPv4的TCP套接字
int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (fd < 0) {
perror("socket"); // 如果创建失败，打印错误信息
return 1;
}
struct sockaddr_in addr; // 定义一个地址结构体
addr.sin_family = AF_INET; // 设置为IPv4地址族
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]); // 设置IP地址
addr.sin_port = htons(atoi(argv[2])); // 设置端口号，并转换为网络字节序
// 将套接字绑定到指定的IP地址和端口
int ret = bind(fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
if (ret < 0) {
perror("bind"); // 如果绑定失败，打印错误信息
return 1;
}
// 开始监听传入的连接，允许最多10个连接同时等待
ret = listen(fd, 10);
if (ret < 0) {
perror("listen"); // 如果监听失败，打印错误信息
return 1;
}
// 无限循环，持续接受客户端的连接
for (;;) {
struct sockaddr_in client_addr; // 定义客户端地址结构体
socklen_t len = sizeof(client_addr); // 定义长度变量
// 接受一个客户端连接，并将客户端的地址信息存储在client_addr中
int client_fd = accept(fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &len);
if (client_fd < 0) {
perror("accept"); // 如果接受连接失败，打印错误信息
continue; // 继续下一次循环
}
// 定义一个缓冲区，用于存储从客户端读取的数据
char input_buf[1024 * 10] = {0};
// 从客户端读取数据，最多读取缓冲区大小-1字节
ssize_t read_size = read(client_fd, input_buf, sizeof(input_buf) - 1);
if (read_size < 0) {
perror("read"); // 如果读取失败，打印错误信息
close(client_fd); // 关闭客户端套接字
continue; // 继续下一次循环
}
// 打印接收到的请求
printf("[Request] %s
", input_buf);
// 定义一个缓冲区，用于存储响应数据
char buf[1024] = {0};
// 定义要发送的HTML内容
const char* hello = "hello world
";
// 格式化HTTP响应消息，包括HTTP头部和HTML内容
sprintf(buf, "HTTP/1.0 200 OK
Content-Length:%lu
%s", strlen(hello), hello);
// 将响应消息发送回客户端
write(client_fd, buf, strlen(buf));
// 关闭客户端套接字
close(client_fd);
}
// 关闭服务器套接字
close(fd);
return 0; // 正常退出
}
二.服务器 2.0
Protocol.hpp
#pragma once
#include
#include
using namespace std;
//客户端
class httpRequest
{
public:
httpRequest(){};
~httpRequest(){};
public:
string inbuffer;//缓冲区
//简单一点主要看一下http的细节
// string reqline;//请求行
// vector reqheader;//报头
// string body;//请求正文
//第一行细分
// string method;
// string url;
// string httpversion;
};
//服务器
class httpResponse
{
public:
string outbuffer;//缓冲区
};
httpServer.hpp
#pragma once
// 确保头文件只被包含一次
#include "Protocol.hpp"
// 包含自定义的协议处理头文件，可能定义了 httpRequest 和 httpResponse 类
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
using namespace std;
// 定义错误码枚举
enum {
USAGG_ERR = 1, // 使用错误
SOCKET_ERR, // 套接字创建错误
BIND_ERR, // 绑定错误
LISTEN_ERR // 监听错误
};
const int backlog = 5;
// 定义监听队列的最大长度
// 定义函数类型别名，用于处理HTTP请求和响应的回调函数
typedef function func_t;
// 处理HTTP请求的函数
void handlerEntery(int sock,func_t callback)
{
// 1. 读到完整的http请求
// 2. 反序列化
// 3. httprequst, httpresponse, callback(req, resp)
// 4. resp序列化
// 5. send
char buffer[4096];
httpRequest req;
httpResponse resp;
ssize_t n=recv(sock,buffer,sizeof(buffer)-1,0);//大概率我们直接就能读取到完整的http请求
if(n>0)
{
buffer[n]=0;
req.inbuffer=buffer;
callback(req,resp);
send(sock,resp.outbuffer.c_str(),resp.outbuffer.size(),0);
}
}
// HTTP服务器类
class httpServer {
public:
// 构造函数，初始化端口号和监听套接字
httpServer(const uint16_t port) : _port(port), _listensock(-1) {}
// 初始化服务器
void initServer() {
// 创建套接字
_listensock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (_listensock < 0) {
exit(SOCKET_ERR); // 如果创建失败，退出程序
}
// 绑定套接字到本地地址和端口
struct sockaddr_in local;
memset(&local, 0, sizeof(local));
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons(_port);
local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 绑定到任意地址
if (bind(_listensock, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local)) < 0) {
exit(BIND_ERR); // 如果绑定失败，退出程序
}
// 设置套接字为监听状态
if (listen(_listensock, backlog) < 0) { // 设置监听队列长度
exit(LISTEN_ERR); // 如果监听失败，退出程序
}
}
// 启动服务器，处理请求
void start(func_t func) {
// 忽略子进程结束的信号
signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
for (;;) { // 无限循环，等待连接
// 接受新连接
struct sockaddr_in peer;
socklen_t len = sizeof(peer);
int sock = accept(_listensock, (struct sockaddr *)&peer, &len);
if (sock < 0) {
continue; // 如果接受失败，继续下一次循环
}
// 创建子进程处理连接
int fd = fork();
if (fd == 0) {
close(_listensock); // 子进程关闭监听套接字
handlerEntery(sock, func); // 处理HTTP请求
close(sock); // 处理完毕后关闭连接套接字
exit(0); // 子进程退出
}
close(sock); // 父进程关闭连接套接字
}
}
// 析构函数
~httpServer() {
// 可以在这里进行资源清理
}
private:
uint16_t _port; // 服务器监听的端口号
int _listensock; // 监听套接字的文件描述符
};
⭕ 如何理解这个地方子进程的退出和关闭?
在 start 函数中，服务器通过 fork() 系统调用创建子进程来处理每个新的连接。以下是对子进程退出和关闭操作的详细解释：
子进程的创建和退出
- 创建子进程:
-
int fd = fork();: 这行代码是创建子进程的关键。fork()调用会创建一个新的子进程。在父进程中，fork()返回子进程的进程ID；在子进程中，fork()返回0。
- 在子进程中 (
if (fd == 0)):
-
close(_listensock);: 子进程不需要监听新的连接，因此它关闭监听套接字。这是因为监听套接字由父进程负责，并且所有子进程都会继承父进程的文件描述符。handlerEntery(sock, func);: 子进程调用handlerEntery函数来处理HTTP请求。这个函数会读取请求、反序列化、调用回调函数处理请求、序列化响应并发送响应。close(sock);: 在处理完请求并发送响应后，子进程关闭与客户端的连接套接字，因为它不再需要这个套接字。exit(0);: 子进程通过exit(0)退出。这个调用会导致子进程终止，并且操作系统会回收子进程占用的所有资源。
子进程退出的意义
- 资源回收: 当子进程退出时，操作系统会自动回收子进程所占用的所有资源，包括打开的文件描述符、内存等。这是非常重要的，因为如果不回收资源，可能会导致资源泄漏。
- 避免僵尸进程: 在调用
fork()之前，父进程通过signal(SIGCHLD, SIG_IGN);忽略了SIGCHLD信号。这意味着当子进程结束时，父进程不会收到通知，操作系统会自动清理掉子进程，防止产生僵尸进程。
父进程关闭连接套接字
close(sock);: 在父进程中，fork()返回的是子进程的ID，因此父进程不会进入if (fd == 0)块。父进程也不需要这个与客户端的连接套接字，因为它只负责监听新的连接，所以它关闭这个套接字。
总结来说，子进程的退出和关闭操作确保了每个HTTP请求都能被单独的子进程处理，并且在处理完成后，子进程能够干净地退出，不会留下僵尸进程或资源泄漏。父进程继续监听新的连接请求，而子进程则负责处理已经接受的连接。
httpServer.cc
#include "httpServer.hpp"
#include
// 打印程序使用方法的函数
void Usage(const string& proc) {
cout << "
Usage:
" << proc << " local_port
";
}
// 处理HTTP GET请求的函数，参数为请求和响应对象
void Get(const httpRequest &req, httpResponse &resp)
{
cout << "----------------http start---------------" << endl;
cout << req.inbuffer << endl;
cout << "----------------http end-----------------" << endl;
string respline = "HTTP/1.1 200 OK
";
// string respheader;
string respblank = "
";
//随便做一个网页
string body="for test hello world
你好呀 祝你天天开心~
";
//序列化
resp.outbuffer += respline;
resp.outbuffer += respblank;
resp.outbuffer += body;
}
// 程序入口点
int main(int argc, char* argv[]) {
// 检查命令行参数数 量是否正确
if (argc != 2) {
// 如果参数数量不正确，显示使用方法并退出
Usage(argv[0]);
exit(USAGG_ERR); // 假设 USAGG_ERR 是一个定义的错误代码
}
// 将命令行参数转换为端口号
uint16_t serverport = static_cast(atoi(argv[1]));
// 使用智能指针创建httpServer实例，自动管理内存
std::unique_ptr server(new httpServer(serverport));
// 初始化服务器
server->initServer();
// 启动服务器，并传入Get函数作为处理HTTP请求的回调
server->start(Get);
// 程序正常结束
return 0;
} ⭕ 解释argc 和argv的设计与运用
在C和C++程序中，argc 和 argv 是 main 函数的两个参数，它们用于处理命令行参数。
argc (argument count)
argc 是一个整数，代表传递给程序的命令行参数的数量。它至少总是为1，因为 argv[0] 总是包含程序的名称或路径。
argv (argument vector)
argv 是一个指向字符指针的指针，它指向一个字符串数组，这些字符串包含了程序的命令行参数。argv[0] 是程序的名称或路径，argv[1] 是第一个命令行参数，依此类推。
以下是 argc 和 argv 在上述代码中的设计与运用：
- 程序入口点:
int main(int argc, char* argv[]) {这里 main 函数接收 argc 和 argv 作为参数。
- 检查参数数量:
if (argc != 2) {程序期望用户输入一个命令行参数，即端口号。如果 argc 不等于2（程序名称和一个参数），则说明用户没有正确输入参数。
- 打印使用方法:
Usage(argv[0]);如果参数数量不正确，程序调用 Usage 函数，并传递 argv[0] 作为参数，这通常是程序的名称。Usage 函数会打印出如何正确使用程序的信息。
- 获取端口号:
uint16_t serverport = static_cast(atoi(argv[1])); 程序将 argv[1]（第一个命令行参数，即用户输入的端口号字符串）转换为整数，并将其存储在 serverport 变量中。
- 启动服务器:
程序使用serverport来初始化和启动httpServer实例。
通过这种方式，argc和argv提供了一种灵活的方式来从命令行接收用户输入，使得程序可以根据不同的输入执行不同的操作。在上述代码中，它们用于指定HTTP服务器监听的端口号。如果用户没有提供正确的参数，程序会提示正确的使用方法并退出。
我们发现udp、tcp、http所有的底层逻辑都是差不多的，而我们只要写上层逻辑就好了。
这里我们主要说原理，下面1-5的工作我们都不做了，所以httpRequest，httpResponse也都给一个缓冲区就行了。
callback 的是 Get 函数
下面我们用浏览器充当客户端发起请求看一下结果
无法访问，我们来开放一下端口号，腾讯云可以直接在小程序上开，就还挺方便的~
然后就可以看到
报头我们暂时不要后面慢慢填，正文部分我们搞一个网页。
网页不会写，可以搜一下w3cschool html教程
这里我们先写到Get函数里，后面我们在分离
void Get(const httpRequest &req, httpResponse &resp)
{
cout << "----------------http start---------------" << endl;
cout << req.inbuffer << endl;
cout << "----------------http end-----------------" << endl;
string respline = "HTTP/1.1 200 OK
";
// string respheader;
string respblank = "
";
//随便做一个网页
string body="for test hello world
你好呀 祝你天天开心~
";
//序列化
resp.outbuffer += respline;
resp.outbuffer += respblank;
resp.outbuffer += body;
}虽然我们在响应的时候没有带响应报头，但是我们的浏览器依旧是能识别的，这里想说的是现在浏览器很智能了，可以不用告诉它正文是什么也可以根据正文内容识别这是什么东西，但是有的浏览器做不到。这里我们用的是chrome浏览器。
如果我们要加一个报头里面可以带一些属性呢？
如Content-Type ，告诉别人返回的是什么资源。网上可以搜一下Content-Type 对照表，来进行添加
三.服务器和网页分离
简单实现之后，我们来解决服务器和网页分离，然后通过服务器把网页返回
引入：
在C++中，istringstream 类是在 istringstream 对象。下面是如何在代码中包含它的示例：
#include
int main() {
std::string line = "一些文本";
std::istringstream iss(line);
// ... 使用 iss ...
return 0;
} 在这个例子中，istringstream 被用来从字符串 line 中读取数据，就像从文件中读取一样。
运用更新：
#pragma once
#include
#include
#include
using namespace std;
class Util
{
public:
// xxx yyy zzz
aaa
static string GetOneline(string &buffer, const string &sep)
{
auto pos = buffer.find(sep);
if (pos == string::npos)
return "";
string sub = buffer.substr(0, pos);
return sub;
}
};
const string sep = "
";//切割符
class httpRequest
{
public:
httpRequest(){};
~httpRequest(){};
void parse()
{
// 1. 从inbuffer中拿到第一行，分隔符
string line = Util::GetOneline(inbuffer, sep);
if (line.empty())
return;
// 2. 从请求行中提取三个字段
istringstream iss(line);
iss >> method >> url >> httpversion;
}
public:
string inbuffer;
// string reqline;
// vector reqheader;
// string body;
string method;
string url;
string httpversion;
};
//服务器
class httpResponse
{
public:
string outbuffer;//缓冲区
}; #pragma once
#include
#include
using namespace std;
class Util
{
public:
// xxx yyy zzz
aaa
static string GetOneline(string &buffer, const string &sep)
{
auto pos = buffer.find(sep);
if (pos == string::npos)
return "";
string sub = buffer.substr(0, pos);
return sub;
}
}; 什么是web根目录？
实际上未来一个web服务器写好之后，可不仅仅有这些代码。每一个web服务器都有web根目录，未来所有图片、视频、音频等各种web资源都在这个目录下，按照目录结构组织号好，未来想请求资源就从url请求。那如何保证按照我们的需求在指定路径下去寻找呢？
设计如下目录
err.html
404 Not Found
404
页面未找到
您请求的页面可能已经被删除、更名或者您输入的网址有误。
请尝试使用以下链接或者自行搜索:
百度一下>
index.html:
Document
这个是我们的首页
实现分离：
现在我们给网页添加一下功能，比如说网页是支持点击然后跳转链接的
跳转成功啦~
思考与补充：
1.请求和响应怎么保证应用层完整读取完毕了呢？
首先我们发现http请求都是字符串按行为单位，所以
- 我可以读取完整的一行
- while(读取完整一行) --> 所有的请求行+请求行报文全部读完 --> 直到空行！
- 我们没说正文也是按行为单位分开的没有办法保证把正文读完，但是我们能保证把报头读完，而报头里有一个Content-Length：xxx（代表正文长度）
- 解析出来内容长度，在根据内容长度，读取正文即可！
2.请求和响应是怎么做到序列化和反序列化的？
- http是用的特殊字符自己实现的。http序列化什么都不做直接发就好了，反序列化 ：第一行+请求/响应报头，只要按照 将字符串1->n即可！不用借助任何东西如Json
- protobuf等。而正文序列化反序列也不用做直接发送就行了。如果你的正文携带结构化数据就要自己处理了。
- 上面我们也通过写代码的方式，验证上面说的东西。
- 以前写udp和tcp我们都写过服务端用过套接字，这里还是直接拿过来用啦
3. 如何监视查看网页端
按图片操纵即可
就可以查看到啦
下篇文章将继续讲解网页对图片的插入，和 http 设计的详细解读~
