汉扬编程 编程大纲 C 语言实现一个简单的 web 服务器

C 语言实现一个简单的 web 服务器

说到 web 服务器想必大多数人首先想到的协议是 之下则是 tcp,本篇文章将通过 tcp 来实现一个简单的 web 服务器。

C 语言实现一个简单的 web 服务器

本篇文章将着重讲解如何实现,对于 的概念本篇将不过多讲解。

C 语言实现一个简单的 web 服务器

一、了解 Socket 及 web 服务工作原理既然是基于 tcp 实现 web 服务器,很多学习 C 语言的小伙伴可能会很快的想到套接字 socket。socket 是一个较为抽象的通信进程,或者说是主机与主机进行信息交互的一种抽象。socket 可以将数据流送入网络中,也可以接收数据流。

C 语言实现一个简单的 web 服务器

socket 的信息交互与本地文件信息的读取从表面特征上看类似,但其中所存在的编写复杂度是本地 IO 不能比拟的,但却有相似点。在 win 下 socket 的交互交互步骤为:WSAStartup 进行初始化–> socket 创建套接字–> bind 绑定–> listen 监听–> connect 连接–> accept 接收请求–> send/recv 发送或接收数据–> closesocket 关闭 socket–> WSACleanup 最终关闭。

C 语言实现一个简单的 web 服务器

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了解完了一个 socket 的基本步骤后我们了解一下一个基本 web 请求的用户常规操作,操作分为:打开浏览器–>输入资源地址 ip 地址–>得到资源。当目标服务器接收到该操作产生掉请求后,我们可以把服务器的响应流程步骤看为:获得 request 请求–>得到请求关键数据–>获取关键数据–>发送关键数据。服务器的这一步流程是在启动socket 进行监听后才能响应。通过监听得知接收到请求,使用 recv 接收请求数据,从而根据该参数得到进行资源获取,最后通过 send 将数据进行返回。

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二、创建sokect完成监听2.1 WSAStartup初始化

首先在c语言头文件中引入依赖 WinSock2.h:

#include <WinSock2.h>在第一点中对 socket 的创建步骤已有说明,首先需要完成 socket 的初始化操作,使用函数 WSAStartup,该函数的原型为:

int WSAStartup(  WORD      wVersionRequired,  LPWSADATA lpWSAData);该函数的参数 wVersionRequired 表示 WinSock2 的版本号;lpWSAData 参数为指向 WSADATA 的指针,WSADATA 结构用于 WSAStartup 初始化后返回的信息。

wVersionRequired 可以使用 MAKEWORD 生成,在这里可以使用版本 1.1 或版本2.2,1.1 只支持 TCP/IP,版本 2.1 则会有更多的支持,在此我们选择版本 1.1。

首先声明一个 WSADATA 结构体 :

WSADATA wsaData;随后传参至初始化函数 WSAStartup 完成初始化:

WSAStartup(MAKEWORD(1, 1), &wsaData)WSAStartup 若初始化失败则会返回非0值:

if (WSAStartup(MAKEWORD(1, 1), &wsaData) != 0) { exit(1);}2.2 创建socket 套接字

初始化完毕后开始创建套接字,套接字创建使用函数,函数原型为:

SOCKET WSAAPI socket(  int af,  int type,  int protocol);在函数原型中,af 表示 IP 地址类型,使用 PF_INET 表示 IPV4,type 表示使用哪种通信类型,例如 SOCK_STREAM 表示 TCP,protocol 表示传输协议,使用 0 会根据前 2 个参数使用默认值。

int skt = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);创建完 socket 后,若为 -1 表示创建失败,进行判断如下:

if (skt == -1) {          return -1;}2.3 绑定服务器

创建完 socket 后需要对服务器进行绑定,配置端口信息、IP 地址等。 首先查看 bind 函数需要哪一些参数,函数原型如下:

int bind(  SOCKET         socket,  const sockaddr *addr,  int            addrlen);参数 socket 表示绑定的 socket,传入 socket 即可;addr 为 sockaddr_in 的结构体变量的指针,在 sockaddr_in 结构体变量中配置一些服务器信息;addrlen 为 addr 的大小值。

通过 bind 函数原型得知了我们所需要的数据,接下来创建一个 sockaddr_in 结构体变量用于配置服务器信息:

struct sockaddr_in server_addr;随后配置地址家族为AF_INET对应TCP/IP:

server_addr.sin_family = AF_INET;接着配置端口信息:

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 地址若不确定可以手动输入,最后使用神器 memset 初始化内存,完整代码如下:

//配置服务器 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);随后使用 bind 函数进行绑定且进行判断是否绑定成功:

//绑定if (bind(skt, (struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(server_addr)) == -1) {        return -1; } 2.4 listen进行监听

绑定成功后开始对端口进行监听。查看 listen 函数原型:

int listen( int sockfd,  int backlog)函数原型中,参数 sockfd 表示监听的套接字,backlog 为设置内核中的某一些处理(此处不进行深入讲解),直接设置成 10 即可,最大上限为 128。使用监听并且判断是否成功代码为:

if (listen(skt, 10) == -1 ) {     return -1;}此阶段完整代码如下:

#include <WinSock2.h>#include<stdio.h> int main(){ //初始化  WSADATA wsaData; if (WSAStartup(MAKEWORD(1, 1), &wsaData) != 0) {  exit(1); } //socket创建  int skt = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (skt == -1) {           return -1; } //配置服务器  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); //绑定 if (bind(skt, (struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(server_addr)) == -1){         return -1;  }  //监听  if (listen(skt, 10) == -1 ) {      return -1; }  printf("Listening … …\\n");}运行代码可得知代码无错误,并且输出 listening:

2.5 获取请求

监听完成后开始获取请求。受限需要使用 accept 对套接字进行连接,accept 函数原型如下:

int accept( int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen );参数 sockfd 为指定的套接字;addr 为指向 struct sockaddr 的指针,一般为客户端地址;addrlen 一般设置为设置为 sizeof(struct sockaddr_in) 即可。代码为:

struct sockaddr_in c_skt; int s_size=sizeof(struct   sockaddr_in);int access_skt = accept(skt, (struct sockaddr *)&c_skt, &s_size);接下来开始接受客户端的请求,使用recv函数,函数原型为:

ssize_t recv( int sockfd,  void *buf,  size_t len,  int flags)参数 sockfd 为 accept 建立的通信;buf 为缓存,数据存放的位置;len 为缓存大小;flags 一般设置为0即可:

//获取数据 char buf[1024];if (recv(access_skt, buf, 1024, 0) == -1) { exit(1);}此时我们再到 accpt 和 recv 外层添加一个循环,使之流程可重复:

while(1){  //建立连接   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);    //获取数据   char buf[1024];  if (recv(access_skt, buf, 1024, 0) == -1) {   exit(1);  } } 并且可以在浏览器输入 127.0.0.1:8080 将会看到客户端打印了 listening 新建了链接:

我们添加printf语句可查看客户端请求:

while(1){  //建立连接   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);    //获取数据   char buf[1024];  if (recv(access_skt, buf, 1024, 0) == -1) {   exit(1);  }    printf("%s",buf); } 

接下来我们对请求头进行对应的操作。

2.6 请求处理层编写

得到请求后开始编写处理层。继续接着代码往下写没有层级,编写一个函数名为 req,该函数接收请求信息与一个建立好的连接为参数:

void req(char* buf, int access_socket) {}然后先在 while 循环中传递需要的值:

req(buf, access_skt);接着开始编写 req 函数,首先在 req 函数中标记当前目录下:

char arguments[BUFSIZ];  strcpy(arguments, "./");随后分离出请求与参数:

char command[BUFSIZ];     sscanf(request, "%s%s", command, arguments+2);接着我们标记一些头元素:

char* extension = "text/html";   char* content_type = "text/plain";     char* body_length = "Content-Length: ";接着获取请求参数,若获取 index.html,就获取当前路径下的该文件:

FILE* rfile= fopen(arguments, "rb");获取文件后表示请求 ok,我们先返回一个 200 状态:

char* head = " 200 OK\\r\\n";    int len; char ctype[30] = "Content-type:text/html\\r\\n";   len = strlen(head);接着编写一个发送函数 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 函数功能并不难在此不再赘述,就是一个遍历发送的逻辑。随后发送 }

send_(send_to, head, &len);len = strlen(ctype);send_(send_to, ctype, &len);随后获得请求文件的描述,需要添加头文件#include <sys/stat.h>使用fstat,且向已连接的通信发生必要的信息 :

//获取文件描述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);最后发送数据:

//·数据发送char read_buf[1024]; len = fread(read_buf ,1 , statbuf.st_size, rfile);if (send_(client_sock, read_buf, &len) == -1) {  printf("error!");   }最后访问地址 :8080/index.html,得到当前目录下 index.html 文件数据,并且在浏览器渲染:

所有代码如下:

#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 = " 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); }  }小伙伴们可以编写更加灵活的指定资源类型、错误处理等完善这个 demo。

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