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## 第 24 章 制作 HTTP 服务器端
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本章代码，在[TCP-IP-NetworkNote](https://github.com/riba2534/TCP-IP-NetworkNote)中可以找到。
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### 24.1 HTTP 概要
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本章将编写 HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）服务器端，即 Web 服务器端。
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#### 24.1.1 理解 Web 服务器端
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web服务器端就是要基于 HTTP 协议，将网页对应文件传输给客户端的服务器端。
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#### 24.1.2 HTTP
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无状态的 Stateless 协议
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<!-- 原图片链接已失效: https://i.loli.net/2019/02/07/5c5bc6973a4d0.png -->
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<!-- 图示：HTTP 无状态协议，服务器端响应客户端请求后立即断开连接 -->
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从上图可以看出，服务器端响应客户端请求后立即断开连接。换言之，服务器端不会维持客户端状态。即使同一客户端再次发送请求，服务器端也无法辨认出是原先那个，而会以相同方式处理新请求。因此，HTTP 又称「无状态的 Stateless 协议」。
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#### 24.1.3 请求消息（Request Message）的结构
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下面是客户端向服务端发起请求消息的结构：
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<!-- 原图片链接已失效: https://i.loli.net/2019/02/07/5c5bcbb75202f.png -->
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<!-- 图示：HTTP 请求消息结构（请求行、消息头、消息体） -->
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从图中可以看出，请求消息可以分为请求行、消息头、消息体 3 个部分。其中，请求行含有请求方式（请求目的）信息。典型的请求方式有 GET 和 POST ，GET 主要用于请求数据，POST 主要用于传输数据。为了降低复杂度，我们实现只能响应 GET 请求的 Web 服务器端，下面解释图中的请求行信息。其中「GET/index.html HTTP/1.1」 具有如下含义：
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> 请求（GET）index.html 文件，通常以 1.1 版本的 HTTP 协议进行通信。
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请求行只能通过 1 行（line）发送，因此，服务器端很容易从 HTTP 请求中提取第一行，并分别分析请求行中的信息。
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请求行下面的消息头中包含发送请求的浏览器信息、用户认证信息等关于 HTTP 消息的附加信息。最后的消息体中装有客户端向服务端传输的数据，为了装入数据，需要以 POST 方式发送请求。但是我们的目标是实现 GET 方式的服务器端，所以可以忽略这部分内容。另外，消息体和消息头之间以空行隔开，因此不会发生边界问题。
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#### 24.1.4 响应消息（Response Message）的结构
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下面是 Web 服务器端向客户端传递的响应信息的结构。从图中可以看出,该响应消息由状态行、头信息、消息体等 3 个部分组成。状态行中有关于请求的状态信息，这是与请求消息相比最为显著的区别。
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<!-- 原图片链接已失效: https://i.loli.net/2019/02/07/5c5bf9ad1b5f9.png -->
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<!-- 图示：HTTP 响应消息结构（状态行、头信息、消息体） -->
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第一个字符串状态行中含有关于客户端请求的处理结果。例如，客户端请求 index.html 文件时，表示 index.html 文件是否存在、服务端是否发生问题而无法响应等不同情况的信息写入状态行。图中的「HTTP/1.1 200 OK」具有如下含义：
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- 200 OK : 成功处理了请求!
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- 404 Not Found : 请求的文件不存在!
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- 400 Bad Request : 请求方式错误，请检查！
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消息头中含有传输的数据类型和长度等信息。图中的消息头含有如下信息：
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> 服务端名为 SimpleWebServer ，传输的数据类型为 text/html。数据长度不超过 2048 个字节。
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最后插入一个空行后，通过消息体发送客户端请求的文件数据。以上就是实现 Web 服务端过程中必要的 HTTP 协议。
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### 24.2 实现简单的 Web 服务器端
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#### 24.2.1 实现基于 Windows 的多线程 Web 服务器端
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暂略
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#### 24.2.2 实现基于 Linux 的多线程 Web 服务器端
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下面是代码：
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- [webserv_linux.c](https://github.com/riba2534/TCP-IP-NetworkNote/blob/master/ch24/webserv_linux.c)
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```c
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#include <stdio.h>
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#include <stdlib.h>
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#include <unistd.h>
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#include <string.h>
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#include <arpa/inet.h>
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#include <sys/socket.h>
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#include <pthread.h>
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#define BUF_SIZE 1024
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#define SMALL_BUF 100
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void *request_handler(void *arg);
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void send_data(FILE *fp, char *ct, char *file_name);
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char *content_type(char *file);
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void send_error(FILE *fp);
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void error_handling(char *message);
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int main(int argc, char *argv[])
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{
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int serv_sock, clnt_sock;
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struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
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int clnt_adr_size;
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char buf[BUF_SIZE];
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pthread_t t_id;
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if (argc != 2)
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{
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printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
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exit(1);
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}
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serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
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memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
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serv_adr.sin_family = AF_INET;
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serv_adr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
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serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
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if (bind(serv_sock, (struct sockaddr *)&serv_adr, sizeof(serv_adr)) == -1)
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error_handling("bind() error");
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if (listen(serv_sock, 20) == -1)
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error_handling("listen() error");
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while (1)
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{
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clnt_adr_size = sizeof(clnt_adr);
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clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr *)&clnt_adr, &clnt_adr_size);
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||
printf("Connection Request : %s:%d\n",
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inet_ntoa(clnt_adr.sin_addr), ntohs(clnt_adr.sin_port));
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pthread_create(&t_id, NULL, request_handler, &clnt_sock);
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pthread_detach(t_id);
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||
}
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close(serv_sock);
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return 0;
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}
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void *request_handler(void *arg)
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{
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int clnt_sock = *((int *)arg);
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char req_line[SMALL_BUF];
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FILE *clnt_read;
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FILE *clnt_write;
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char method[10];
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char ct[15];
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char file_name[30];
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clnt_read = fdopen(clnt_sock, "r");
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clnt_write = fdopen(dup(clnt_sock), "w");
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fgets(req_line, SMALL_BUF, clnt_read);
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||
if (strstr(req_line, "HTTP/") == NULL)
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{
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send_error(clnt_write);
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fclose(clnt_read);
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||
fclose(clnt_write);
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return;
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||
}
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strcpy(method, strtok(req_line, " /"));
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||
strcpy(file_name, strtok(NULL, " /"));
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strcpy(ct, content_type(file_name));
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||
if (strcmp(method, "GET") != 0)
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||
{
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send_error(clnt_write);
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||
fclose(clnt_read);
|
||
fclose(clnt_write);
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||
return;
|
||
}
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||
fclose(clnt_read);
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||
send_data(clnt_write, ct, file_name);
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||
}
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void send_data(FILE *fp, char *ct, char *file_name)
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{
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char protocol[] = "HTTP/1.0 200 OK\r\n";
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||
char server[] = "Server:Linux Web Server \r\n";
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||
char cnt_len[] = "Content-length:2048\r\n";
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char cnt_type[SMALL_BUF];
|
||
char buf[BUF_SIZE];
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FILE *send_file;
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||
sprintf(cnt_type, "Content-type:%s\r\n\r\n", ct);
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send_file = fopen(file_name, "r");
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if (send_file == NULL)
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{
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send_error(fp);
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return;
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||
}
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//传输头信息
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fputs(protocol, fp);
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fputs(server, fp);
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fputs(cnt_len, fp);
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||
fputs(cnt_type, fp);
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||
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||
//传输响应体数据
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while (fgets(buf, BUF_SIZE, send_file) != NULL)
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{
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fputs(buf, fp);
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||
fflush(fp);
|
||
}
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fflush(fp);
|
||
fclose(fp);
|
||
}
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char *content_type(char *file)
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{
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char extension[SMALL_BUF];
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char file_name[SMALL_BUF];
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strcpy(file_name, file);
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strtok(file_name, ".");
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||
strcpy(extension, strtok(NULL, "."));
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if (!strcmp(extension, "html") || !strcmp(extension, "htm"))
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return "text/html";
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else
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return "text/plain";
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||
}
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void send_error(FILE *fp)
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{
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char protocol[] = "HTTP/1.0 400 Bad Request\r\n";
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||
char server[] = "Server:Linux Web Server \r\n";
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char cnt_len[] = "Content-length:2048\r\n";
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||
char cnt_type[] = "Content-type:text/html\r\n\r\n";
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char content[] = "<html><head><title>NETWORK</title></head>"
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"<body><font size=+5><br>发生错误！ 查看请求文件名和请求方式!"
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"</font></body></html>";
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fputs(protocol, fp);
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fputs(server, fp);
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fputs(cnt_len, fp);
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||
fputs(cnt_type, fp);
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||
fflush(fp);
|
||
}
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void error_handling(char *message)
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{
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fputs(message, stderr);
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||
fputc('\n', stderr);
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exit(1);
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||
}
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```
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编译运行：
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```shell
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gcc webserv_linux.c -D_REENTRANT -o web_serv -lpthread
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./web_serv 9190
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```
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结果：
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<!-- 原图片链接已失效: https://i.loli.net/2019/02/07/5c5c107deba11.png -->
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<!-- 图示：HTTP 服务器运行截图 -->
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<!-- 原图片链接已失效: https://i.loli.net/2019/02/07/5c5c19cbb3718.png -->
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<!-- 图示：浏览器访问 HTTP 服务器截图 -->
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经过测试，这个简单的 HTTP 服务器可以正常的显示出页面。
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### 24.3 习题
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> 以下答案仅代表本人个人观点，可能不是正确答案。
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1. **下列关于 Web 服务器端和 Web 浏览器端的说法错误的是**？
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答：**选项 5 是错误的**。
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1. Web 浏览器是通过自身创建的套接字连接服务端的客户端
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2. Web 服务器端通过 TCP 套接字提供服务，因为它将保持较长的客户端连接并交换数据
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3. 超文本与普通文本的最大区别是其具有可跳转的特性
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4. Web 浏览器可视为向浏览器提供请求文件的文件传输服务器端
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5. **除 Web 浏览器外，其他客户端都无法访问 Web 服务器端。（错误：任何能发起 HTTP 请求的客户端都可以访问 Web 服务器端，如 curl、wget、编程实现的 HTTP 客户端等）**
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2. **下列关于 HTTP 协议的描述错误的是**？
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答：**选项 1 是错误的**。
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1. **HTTP 协议是无状态的 Stateless 协议，不仅可以通过 TCP 实现，还可以通过 UDP 来实现。（错误：标准 HTTP 协议是基于 TCP 的，HTTP/3 基于 QUIC 协议即 UDP 实现，但传统意义上 HTTP 是基于 TCP 的）**
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2. HTTP 协议是无状态的 Stateless 协议，因为其在 1 次请求和响应过程完成后立即断开连接。因此，如果同一服务器端和客户端需要 3 次请求及响应，则意味着需要经过 3 次套接字的创建过程。
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3. 服务端向客户端传递的状态码中含有请求处理结果的信息。
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4. HTTP 协议是基于因特网的协议，因此，为了同时向大量客户端提供服务，HTTP 协议被设计为 Stateless 协议。
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