Webserver学习笔记

前言

Webserver 这个东西真的恶心的一批，很难自学，但是网上又没有现成的教程（谁没事写一个 Webserver 啊）。

这篇文章主要提供 Webserver 的基本框架的思路，毕竟网站基本框架相同无疑于抄袭，SSD 可以先走了。

正文

准备

本篇博客的 Webserver 基于 SOCKET 实现，这样只是为了追求底层，相对于其他方法较为麻烦。（当然你也可以使用其他封装好的库）

这段内容已经了解过 SOCKET 的人可以不看，不了解的不必深究。

SOCKET 是什么？

提到这个就不得不说到网络通信的原理了，众所周知，网络通信的协议有以下几种（从底层到高层排序）：

物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表现层和应用层。

IP协议对应于网络层，TCP协议对应于传输层，而HTTP协议对应于应用层。（怎么这么像 CSP 初赛啊）

而我们所要讲的主角 SOCKET 则是使用 TCP/IP 协议。SOCKET 可以简单的理解为把 TCP/IP 封装了一下，方便程序使用。

这里有一张 SOCKET 的原理图，其中标红的为我们主要使用的路径：

而我们主要需要管理的就是我们的程序和 SOCKET 之间的协议，剩下的交给 SOCKET 做就行了。

PS：C++ SOCKET 是内核级别的。

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如何使用 SOCKET？

重点：

如果你使用的是 Dev-C++ 这一类编辑器的话，请必须注意这里：

在工具-编译选项中，在编译选项中加上：

-std=c++11

在连接选项中加上：

-static-libgcc -lws2_32

然后保存。只有这样，你的程序才能够正常编译，不然一切都没有用，这无论是对于自己的 Webserver,也是对每一个使用 WinSocket(SOCKET) 所需要的事情。

至于这两段代码的意思，可以自己去查。

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SOCKET 常用函数使用方法

函数百科（不是）：

WSAStartup 函数

函数原型：int WSAStartup(WORD wVersionRequest,LPWSADATA lpWSAData)

WSAStartup 用于初始化WinSock，即检查系统中是否有Windows Sockets的实现库。

必须第一个调用此函数才能使用其他 Win Socket 函数。

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WSACleanup 函数

函数原型：int WSACleanup()

WSACleanup 终止使用WinSock，释放为应用程序分配的相关资源。

此函数在 SOCKET 结束时调用。

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listen 函数

函数原型：int listen(int sockfd, int backlog)

listen 把进程变为一个服务器，并指定相应的套接字变为被动连接。

调用顺序：listen 函数在一般在调用 bind 之后，调用 accept 之前调用。

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accept 函数

函数原型：int accept(int s,struct sockaddr* addr,int* addrlen)

accept 用来接受参数 s 的 socket 连接。

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socket 函数

函数原型：SOCKET socket(int af, int type, int protocol)

socket 为应用程序创建套接字。

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bind 函数

函数原型：int bind(SOCKET s, const struct sockaddr *name, int namelen)

bind 实现套接字与主机本地 IP 地址和端口号的绑定。

注意此函数可能会与 C++11 中的 bind() 函数冲突（函数名冲突）。

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send 函数

函数原型：int send(SOCKET s,const char* buf,int len,int flags)

send 在已建立连接的套接字上发送数据。

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recv 函数

函数原型：int recv(SOCKET s, char* buf,int len,int flags)

recv 在已建立连接的套接字上接收数据。

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closesocket 函数

函数原型：int closesocket(SOCKET s)

closesocket 关闭套接字，释放与套接字关联的所有资源。

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shutdown 函数

函数原型：int shutdown(SOCKET s,int how)

shutdown 关闭套接字读写通道，即停止套接字接受传递的功能。

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connect 函数

函数原型：int connect(SOCKET s,const struct sockaddr FAR *name,int namelen)

shutdown 提出与服务器建立连接的请求，如果服务器进程接受请求，则服务器进程与客户机进城之间便建立了一条通信连接。

在本篇文章中 Webserver 无需调用此函数。

实践

以上函数除个别外，返回值为 -1即 SOCKET_ERROR 为错误。

既然已经知道这些函数是干什么的了，那么现在来实践一下（有部分代码不规范）。

#include<winsock2.h>
#include<sys/stat.h>
#include<iostream>
#include<windows.h>
#include<fstream>
#include<thread>
#define SERVER_PORT 81 //自定义的服务端口
#define HOSTLEN 256 //主机名长度
#define BACKLOG 50000 //同时等待的连接个数
using namespace std;
/***********************************
用于发送数据
***********************************/
int sendall(int s,char *buf,int *len)
{
	int total=0;
	int bytesleft=*len;
	int n;
	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;
}
/***********************************
解析并处理用户请求
***********************************/
void handle_req(char* request,int client_sock)
{
	//你需要做的事情 
}
/*************************************
该方法构造服务器端的SOCKET
返回构造好的socket描述符
*************************************/
int make_server_socket()
{
	struct sockaddr_in server_addr;
	int tempSockId;
	tempSockId=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);
	if(tempSockId==-1)
	 return -1;
	server_addr.sin_family=AF_INET;
	server_addr.sin_port=htons(SERVER_PORT);
	server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");
	memset(&(server_addr.sin_zero),'\0',8);
	if(bind(tempSockId,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr))==-1)
	{
		printf("bind error!\n");
		return -1;
	}
	if(listen(tempSockId,BACKLOG)==-1)
	{
		printf("listen error!\n");
		return -1;
	}
	return tempSockId;
}
int main(int argc,char* argv[])
{
	WSADATA wsaData;
	if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData)!=0)
	{
		fprintf(stderr,"WSAStartup failed.\n");
		exit(1);
	}
	printf("My web server started...\n");
	int server_socket;
	int acc_socket;
	int sock_size=sizeof(struct sockaddr_in);
	struct sockaddr_in user_socket;
	server_socket=make_server_socket(); 
	if(server_socket==-1)
	{
		printf("Server exception!\n");
		exit(2);
	}
	//前面的都是初始化 Webserver。
	while(true)
	{
		acc_socket=accept(server_socket,(struct sockaddr*)&user_socket,&sock_size);//在此处接受请求，可以从这里之后就写多线程。 
		if(acc_socket==-1)//判断无效链接（可以不写） 
		{
			Sleep(1);
			continue;
		}
		int numbytes;
		char *buf=new char[100000000];//为以后预留空间。 
		memset(buf,0,sizeof(buf));
		if((numbytes=recv(acc_socket,buf,99999999,0))==-1)//接受第一段请求（通常只有一段） 
		{
			perror("recv");
			continue;
		}
		thread t(handle_req,buf,acc_socket);
		t.detach();
		Sleep(5);//防止占用过高 
	}
	shutdown(server_socket,SD_SEND);
}

至此，我们已经完成了 SOCKET 的建立，可以通过浏览器链接并发送请求到我们的 Webserver 上，但是看不到任何东西，这是因为我们并没有做出响应请求的部分。

在做响应请求之前，我们必须先了解一下浏览器的请求，下面有使用 Google Chrome 访问 Webserver 根目录的请求（你也可以自己输出请求）：

GET /index.html HTTP/1.1
Host: myweb.com
Connection: keep-alive
Cache-Control: max-age=0
Upgrade-Insecure-Requests: 1
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/85.0.4183.83 Safari/537.36
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/avif,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8,application/signed-exchange;v=b3;q=0.9
Referer: http://myweb.com
Accept-Encoding: gzip, deflate
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9
Cookie: lastlang=1;

虽然浏览器给了我们这么多信息，但暂时对我们有用的只有最前面的两串：

GET 和 /

第一个是请求类型，请求类型分为两种：GET 和 POST。可以简单的理解为 GET 为直接访问，POST 为特殊访问。（以后会提到）

第二个是请求地址，/ 所代表的是根目录，也就是说浏览器想获取直接访问网站所能获取的信息。此外，像 /index.html，/blog/284013 这种都是请求地址。

此外还有一些带 ? & = 的请求并非只是请求这个文件，这个后面会讲。

也就是说我们进行 简单 处理数据的时候，暂时对我们有用的就只有请求地址。

以上都是浏览器发给我们的请求，是按照格式规范发送过来的，那我们也要按照格式规范发送过来。

那具体格式是怎么样呢，我们看一下一个合格的相应是怎么样的：

响应头：

HTTP/1.0 200 OK\r\n
Content-type: text/html\r\n
\r\n

正文自己随便返回。

响应头解释：

HTTP/1.0 是我们的 Webserver 与浏览器共同的协议，虽然还有 Https 但是那东西需要付费和安全证书（再说了我也不会）。

200 OK 这个东西你也可以换成 200 浏览器都能看懂，200 所代表的是网页正常，是一个状态码，下面会有状态码百科。

Content-type: text/html 顾名思义，就是文件的类型，后面会给出如何返回其他文件的响应头，这段响应所说的文件类型是 text/html。

在给浏览器的响应头中，上文后面的换行不用发送，但是需要发送 \r\n，\r\n本身是不可见的，但是为了展示就把它写了出来。

响应头百科

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因为响应头非常重要，所以这里提供一个函数，专门用来发送响应头，但是这个函数并没有发送最后一个 \r\n（方便后期），所以需要手动发送。

建议不要更改字符串中的内容。

/*************************************
发送Http协议头部信息
其中包括响应类型和Content Type
*************************************/
void send_header(int send_to, char* content_type)
{
	char head[]="HTTP/1.0 200 OK\r\n";
	int len=strlen(head);
	if(sendall(send_to,head,&len)==-1)
	{
		printf("Sending error");
		return;
	}
	if(content_type)
	{
		char temp_1[30]="Content-type: ";
		strcat(temp_1,content_type);
		strcat(temp_1,"\r\n");
		len=strlen(temp_1);
		if(sendall(send_to,temp_1,&len)==-1)
		{
			printf("Sending error!");
			return;
		}
	}
}

正文部分就不多说了，你可以自己存在程序内部，也可以读取磁盘上的文件，如果你是读取磁盘文件的话，建议在请求地址前面加上 ./，并使用下面这份模板，不会多读或者少读。

获取文件大小（有四种方法，可以通过更改 ff 的数值换方法）

/**************************************
获取文件大小 
**************************************/
long long getsize(char *filepath)
{
	int ff=3;
	long long size=0;
	if(1==ff)
	{
		HANDLE handle=CreateFile(filepath,FILE_READ_EA,FILE_SHARE_READ,0,OPEN_EXISTING,0,0);
		if(handle!=INVALID_HANDLE_VALUE)
		{
			size=GetFileSize(handle,NULL);
			CloseHandle(handle);
		}
	}
	if(2==ff)
	{
		WIN32_FIND_DATA fileInfo;
		HANDLE hFind;
		DWORD fileSize;
		hFind=FindFirstFile(filepath,&fileInfo);
		if(hFind!=INVALID_HANDLE_VALUE)
		 fileSize=fileInfo.nFileSizeLow;
		size=fileSize;
		FindClose(hFind);
	}
	if(3==ff)
	{
		FILE *file=fopen(filepath,"r");
		if(file)
		{
			size=filelength(fileno(file));
			fclose(file);
		}
	}
	if(4==ff)
	{
		struct _stat info;
		_stat(filepath,&info);
		size=info.st_size;
	}
	return size;
}

读取并发送文件（这里面的 sock 即为接收到的 SOCKET）

	char read_buf[1000];
	long long filelen=getsize((char*)"文件路径"),sendlen=0;
	memset(read_buf,0,sizeof(read_buf));
    ifstream inn("文件路径",ios::binary);//这里的ios::binary是使用2进制读取文件，不要更改 
	while(sendlen<filelen)
	{
		long long nowbufsize=min((long long)1000,filelen-sendlen);
		char* buf=new char[nowbufsize];
		memset(buf,0,sizeof(buf)); 
        inn.read(buf,nowbufsize);
		long long nowsendlen=send(sock,buf,nowbufsize,0);
		delete[] buf;
		sendlen+=nowsendlen;
		if(nowsendlen==SOCKET_ERROR)
		 break;
	}
	inn.close();

最好在处理请求结束以后加上 closesocket。

等你做好处理请求之后，可以尝试通过浏览器访问你的网站，如果不行，可以参考下面的注意事项;

注意事项

1.访问格式，如果是 Webserver 在本机则访问 127.0.0.1:Webserver的端口，如果在同一个局域网下，先通过 ipconfig 查看 Webserver 所在的电脑上的 IP，然后输入 IP:Webserver的端口，冒号和逗号不要使用中文符号。

2.如果出现 xxx.xxx.xxx.xxx 已拒绝了我们的连接请求，请检查:

• 1.是否打开了局域网。

• 2.检查 Webserver 的端口有没有被占用，初始化有没有成功，是否炸掉。

3.能连接上 Webserver，但是只返回了状态码或者什么都没有返回或者连接已重置，可能是：

• 1.closesocket 太快了，最好等待几毫秒。

• 2.处理请求时 Webserver 出了点小问题，导致停止工作。

• 3.因为请求头少加了个 \r\n，导致正文被当作请求头里面了。

暂时只写了这么多，欢迎吐槽。