C/C++ WebServer服务器一

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基于TCP的套接字通信

      这是一个单线程流程，服务器创建用于监听的套接字，绑定本地的ip和端口，listen函数去监听绑定的端口。
      如果有客户端进行连接，服务器端就可以和发起连接的客户端建立连接，连接建立成功会生成一个用于通信的套接字。用于监听的套接字和用于通信的套接字是不一样的。监听的套接字用于建立连接，通信的套接字用于数据交互。用于数据交互的read和write都是阻塞函数，在单线程下面，一个服务器想和多客户端进行通信，肯定是做不到的，因为accept，read，write都是阻塞的。
      为了使服务器可以正常的与多个客户端建立连接，并进行数据交互，需要用到多线程，多线程中的主线程负责建立连接（调用accept），子线程负责数据通信。
      多线程切换有一定的开销，因此引入非阻塞 I/O。非阻塞 I/O 不会将进程挂起，调用时会立即返回成功或错误，因此可以在一个线程里轮询多个文件描述符是否就绪。但是这种做法缺点是，每次发起系统调用，只能检查一个文件描述符是否就绪。当文件描述符很多时，系统调用的成本很高。
      IO多路复用，也就是select，poll，epoll，可以通过一次系统调用，检查多个文件描述符的状态，相比于非阻塞 I/O，在文件描述符较多的场景下，避免了频繁的用户态和内核态的切换，减少了系统调用的开销。在IO多路复用中，阻塞是由内核实现的，自己编写的代码可以少许多不必要的阻塞。
      在单线程下，只用IO多路复用，没办法同时处理两件事情，为了提高效率，一般采用多线程+IO多路复用的方法。

单线程服务器流程

      自己编写的代码充当服务器，浏览器作为客户端的角色进行固定地址的访问。

1.	在终端输入 启动程序 端口 和 程序主目录。
2.	启动监听套接字initListenFd(unsigned short port)：
	a)	创建监听fd，采用IPv4，TCP协议
	b)	设置端口复用：如果程序服务器是主动断开连接的一方，会有一个2msl的等待时长，为了确认客户端已经收到我断开确认ack
	c)	绑定IP和端口
	d)	设置监听
	e)	返回监听套接字lfd
3.	启动服务器程序epollRun(int lfd)：
	a)	创建epoll 树的根节点
	b)	lfd上树：上树用的是epoll_ctl函数
	c)	while true不停地检测是否有事件到来，根据epoll_wait返回的数组中的fd文件描述符，判断事件是连接请求，还是数据通信请求：
		i.	如果是连接请求，调用acceptClient(lfd, epfd)，建立新的连接。
		ii.	如果是数据通信请求，调用recvHttpRequest(cfd, epfd)，以http协议的方式传递消息。

acceptClient(lfd, epfd)：
1.	建立连接，调用accept函数。
2.	设置非阻塞模式，非阻塞说的是文件描述符，默认得到的cfd是阻塞的，用fcntl修改文件描述符的属性。
3.	cfd添加到epoll中，设置边沿触发方式。


recvHttpRequest(cfd, epfd)：
1.	读取客户端发送过来的http请求头：
2.	判断数据是否被接收完毕：
	a)	if (len == -1 && errno == EAGAIN)：证明有数据
	解析请求行：parseRequestLine(const char* line, int cfd)：
		i.	sscanf拆分字符串，得到请求方法和请求路径，仅处理get请求：
		ii.	对请求路径中的中文进行处理，否则会乱码
		iii. 判断文件路径是指向目录，还是文件，或者文件不存在：
			1.	若文件路径不存在，发送404.html
			2.	若文件路径是目录，则发送html的头部，然后发送格式化的目录列表，也是符合html格式。
			3.	若文件路径指向具体文件，则分析文件类型，然后发送具体文件。
			由于通信的文件描述符是非阻塞的，用sendfile发送文件的时候要处理返回值，
			不断根据偏移量去发送文件，直到文件发送完毕，否则大文件的传输会出现问题。
			cfd去读取发送数据内存的时候，是非阻塞的，读数据块速度很快，读到文件末尾偏移量之后，再进行while循环读取的时候
			ret返回值为-1，errno == EAGAIN代表没有数据，可以再次进行尝试。
			
			off_t offset = 0;
			int size = lseek(fd, 0, SEEK_END);
			lseek(fd, 0, SEEK_SET);
			while (offset < size) // 如果偏移量小于size，则表示文件没有发送完，继续发送
			{
   
   
				// 通信的文件描述符是非阻塞的
				int ret = sendfile(cfd, fd, &offset, size - offset);
				printf("ret value: %d\n", ret);
				if (ret == -1 && errno == EAGAIN) // EAGAIN的意思是没有数据，可以再次进行尝试
				{
   
   
					printf("没数据...\n"); 
				}
			}
			close(fd);
	b)	否则说明客户端断开了连接，要及时的将cfd下树,并且关闭对应文件描述符

多线程服务流程

单线程的服务器模型中，主程序会不断阻塞的进行连接和数据通信两项工作，两项工作和主线程不独立，当连接请求比较多的时候，效率相对较低。
多线程的处理方法：在建立连接 acceptClient(lfd, epfd) 和 数据通信模块 recvHttpRequest(cfd, epfd)两部分，都开辟新的线程去做，让子线程去处理动作。
注意要在项目的输入，库依赖项中输入pthread，否则linux链接的时候找不到。

main.c代码：

#include <stdio.h>
#include"Server.h"
#include<unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
   
   
    if (argc < 3) {
   
   
        printf("./a.out port path\n");
        return -1;
    }
    
    unsigned short port = atoi(argv[1]);
    // 切换服务器的工作目录
    chdir(argv[2]);

    // 初始化监听的套接字
    int lfd = initListenFd(port);

    // 启动服务器程序
    epollRun(lfd);

    return 0;
}

Server.h代码：

#pragma once

// 初始化监听的文件描述符
int initListenFd(unsigned short port);

// 启动epoll
int epollRun(int lfd);

// 和客户端建立连接
// int acceptClient(int lfd, int epfd);
void* acceptClient(void* arg);

// 接收http请求
// int recvHttpRequest(int cfd, int epfd);
void recvHttpRequest(void* arg);

// 解析请求行
int parseRequestLine(const char* line, int cfd);

// 发送文件
int sendFile(const char* fileName, int cfd);

// 发送响应头(状态行和响应头)
/**
* cfd 通信文件描述符
* status 状态码
* descr 状态描述
* type 描述数据格式
* length 数据库长度 若为-1，则告诉浏览器去计算长度
*/
int sendHeadMsg(int cfd, int status, const char* descr, const char* type, int length);

// 获取文件类型，已经有，不用再写
const char* getFileType(const char* name);

// 发送目录
int sendDir(const char* dirName, int cfd);

// 将数字从十六进制转换成十进制
int hexToDec(char c);

// 解码，解决中文乱码问题，from传入参数，to传出参数
void decodeMsg(char* to, char* from);

Server.c代码：

#include "Server.h"
#include <arpa/inet.h>
#include