嵌入式WEB服务器

随着Internet技术的兴起，在嵌入式设备的管理与交互中，基于Web方式的应用成为目前的主流，这种程序结构也就是大家非常熟悉的B/S结构，即在 嵌入式设备上运行一个支持脚本或CGI功能的Web服务器，能够生成动态页面，在用户端只需要通过Web浏览器就可以对嵌入式设备进行管理和监控，非常方 便实用。本节主要介绍这种应用的开发和移植工作。

   用户首先需要在嵌入式设备上成功移植支持脚本或CGI功能的Web服务器，然后才能进行应用程序的开发。
    

1、嵌入式Web服务器移植  

  

   由于嵌入式设备资源一般都比较有限，并且也不需要能同时处理很多用户的请求，因此不会使用Linux下最常用的如Apache等服务器，而需要使用一些专 门为嵌入式设备设计的Web服务器，这些Web服务器在存贮空间和运行时所占有的内存空间上都会非常适合于嵌入式应用场合。
   典型的嵌入式Web服务器有Boa （www.boa.org）和thttpd （http://www.acme.com/software/thttpd/）等，它们和Apache等高性能的Web服务器主要的区别在于它们一般是 单进程服务器，只有在完成一个用户请求后才能响应另一个用户的请求，而无法并发响应，但这在嵌入式设备的应用场合里已经足够了。
   

   我们介绍比较常用的Boa服务器的移植。Boa是一个非常小巧的Web服务器，可执行代码只有约60KB。它是一个单任务Web服务器，只能依次完成用户 的请求，而不会fork出新的进程来处理并发连接请求。但Boa支持CGI，能够为CGI程序fork出一个进程来执行。Boa的设计目标是速度和安全， 在其站点公布的性能测试中，Boa的性能要好于Apache服务器。
     第一步完成Boa程序的移植。从www.boa.org下载Boa源码，当前最新版本为0.94.13，将其解压并进入源码目录的src子目录
     # tar xzf boa-0.94.13.tar.gz
     # cd boa-0.94.13/src
生成Makefile文件
     # ./configure
     修改Makefile文件，找到CC=gcc，将其改成CC = arm-linux-gcc，再找到CPP = gcc –E，将其改成CPP = arm-linux-gcc –E，并保存退出。
     然后运行make进行编译，得到的可执行程序为boa，将调试信息剥去，得到的最后程序只有约60KB大小。
     # make
     # arm-linux-strip boa
   第二步完成Boa的配置，使其能够支持CGI程序的执行。Boa需要在/etc目录下建立一个boa目录，里面放入Boa的主要配置文件boa.conf。在Boa源码目录下已有一个示例boa.conf，可以在其基础上进行修改，下面解释一下该文件的含义：
#监听的端口号，缺省都是80，一般无需修改
Port 80
# bind调用的IP地址，一般注释掉，表明绑定到INADDR_ANY，通配于服务器的所有IP地址
#Listen 192.68.0.5
#作为哪个用户运行，即它拥有该用户的权限，一般都是nobody，需

要 /etc/passwd中有nobody用户
User nobody
#作为哪个用户组运行，即它拥有该用户组的权限，一般都是nogroup，需要在/etc/group文件中有nogroup组
Group nogroup
#当服务器发生问题时发送报警的email地址，目前未用，注释掉
#ServerAdmin root@localhost
#错误日志文件。如果没有以/开始，则表示从服务器的根路径开始。如果不需要错误日志，则用#/dev/null。 在下面设置时，注意一定要建立/var/log/boa目录
ErrorLog /var/log/boa/error_log
#访问日志文件。如果没有以/开始，则表示从服务器的根路径开始。如果不需要错误日志，则用#/dev/null或直接注释掉。 在下面设置时，注意一定要建立/var/log/boa目录
#AccessLog /var/log/boa/access_log
#是否使用本地时间。如果没有注释掉，则使用本地时间。注释掉则使用UTC时间
#UseLocaltime
#是否记录CGI运行信息，如果没有注释掉，则记录，注释掉则不记录
#VerboseCGILogs
#服务器名字
ServerName www.hyesco.com
#是否启动虚拟主机功能，即设备可以有多个网络接口，每个接口都可以拥有一个虚拟的Web服务器。一般注释掉，即不需要启动
#VirtualHost
#非常重要，HTML文档的主目录。如果没有以/开始，则表示从服务器的根路径开始。
DocumentRoot /var/www
#如果收到一个用户请求的话，在用户主目录后再增加的目录名
UserDir public_html
#HTML目录索引的文件名，也是没有用户只指明访问目录时返回的文件名
DirectoryIndex index.html
#当HTML目录没有索引文件时，用户只指明访问目录时，boa会调用该程序生成索引文件然后返回给用户，因为该过程比较慢最好不执行，可以注释掉或者给每个HTML目录加上DirectoryIndex指明的文件
#DirectoryMaker /usr/lib/boa/boa_indexer
#如果DirectoryIndex不存在，并且DirectoryMaker被注释，那么就用Boa自带的索引生成程序来生成目录的索引文件并输出到下面目录，该目录必须是Boa能读写
# DirectoryCache /var/spool/boa/dircache
#一个连接所允许的HTTP持续作用请求最大数目，注释或设为0都将关闭HTTP持续作用
KeepAliveMax 1000
#HTTP持续作用中服务器在两次请求之间等待的时间数，以秒为单位，超时将关闭连接
KeepAliveTimeout 10
#指明mime.types文件位置。如果没有以/开始，则表示从服务器的根路径开始。可以注释掉避免使用mime.types文件，此时需要用AddType在本文件里指明
MimeTypes /etc/mime.types
#文件扩展名没有或未知的话，使用的缺省MIME类型
DefaultType text/plain
#提供CGI程序的PATH环境变量值
CGIPath /bin:/usr/bin:/usr/local/bin
#将文件扩展名和MIME类型关联起来，和mime.types文件作用一样。如果用mime.types
#文件，则注释掉，如果不使用mime.types文件，则必须使用
#AddType application/x-httpd-cgi cgi
#指明文档重定向路径
#Redirect /bar http://elsewhere/feh/bar
#为路径加上别名
Alias /doc /usr/doc
#非常重要，指明CGI脚本的虚拟路径对应的实际路径。一般所有的CGI脚本都要放在实际路径里，用户访问执行时输入站点+虚拟路径+CGI脚本名
ScriptAlias /cgi-bin/ /var/www/cgi-bin/
   用户可以根据自己需要，对boa.conf进行修改，但必须要保证其他的辅助文件和设置必须和boa.conf里的配置相符，不然Boa就不能正常工作。 在上面的例子中，我们还需要创建日志文件所在目录/var/log/boa，创建HTML文档的主目录/var/www，将mime.types文件拷贝 到/etc目录，创建CGI脚本所在目录/var/www/cgi-bin/。mime.types文件用来指明不同文件扩展名对应的MIME类型，一般 可以直接从Linux主机上拷贝一个，大部分也都是在主机的/etc目录下。

第三步就是测试Boa能否正常工作，静态HTML页面能否正常访问，CGI脚本能否正常运行，一般采用NFS方式来进行测试工作，可以将嵌入式目标系统上 的/etc目录拷贝到主机的NFS共享目录下，然后将NFS共享目录下的etc目录重新NFS mount为目标系统上的/etc目录。这样就可以在主机上对etc目录下的各种配置文件，如进行修改而立刻在目标系统上生效。

   假设主机/nfs目录为共享目录，在其下面建立一个www子目录作为Web站点的主目录，其内容如下：
# ls /nfs/www

cgi-bin   images index.html

   index.html为测试主页面，images为存放各种图片的子目录，cgi-bin为CGI脚本的存放目录。根据示例boa.conf的配置，目前 HTML文档的主目录为/var/www，CGI脚本目录为/var/www/cgi-bin，则运行以下命令将主机的/nfs/www目录mount成 目标板上的/var/www目录。然后就可以运行boa了：
# mount -t nfs 192.168.0.20:/nfs/www /var/www -o nolock
# boa
在工作站上运行浏览器进行测试，在地址栏输入目标系统IP，即 http://192.168.0.162 ，可以看到相关页面，表示静态HTML页面测试通过。

     接下来进行CGI脚本的测试，我们需要一个测试用的CGI脚本。可以写个最简单的Hello World程序，示例代码如下
#include <stdio.h>
void main() {
     printf("Content-type: text/html/n/n") ;
     printf("<html>/n") ;
     printf("<head><title>CGI Output</title></head>/n") ;
     printf("<body>/n") ;
     printf("<h1>Hello, world.</h1>/n") ;
     printf("</body>/n") ;
     printf("</html>/n") ;
     exit(0) ;
}
   然后进行交叉编译，将得到的helloworld.cgi拷贝到主机的/nfs/www/cgi-bin目录下。
#arm-linux-gcc -o helloworld.cgi helloworld.c
#cp helloworld.cgi /nfs/www/cgi-bin
在浏览器地址栏输入http://192.168.67.16/cgi-bin/helloworld.cgi，可以看到相关页面，表示CGI脚本测试通过。

   现在我们已经可以让Boa在嵌入式目标系统上正常工作了，嵌入式Web服务器移植成功。在以上的移植过程中，最好设定boa.conf中的错误日志文件 ErrorLog，允许Boa记录错误信息；测试静态HTML页面和CGI脚本时，不管结果如何，最好都查看错误日志文件；CGI脚本测试很容易发生权限 不够的错误，要保证Boa访问的主目录、CGI脚本目录以及临时文件目录（如果没有设置TMP环境变量时，缺省是/tmp目录），都必须能被Boa运行时 所代表的用户完全访问，该用户由boa.conf中的User指出。

   目前Web技术中生成动态Web页面的方法有CGI和服务器脚本，如JSP, ASP等，但后者需要Web服务器具有这些脚本的运行支持模块。在嵌入式Web服务器中，考虑到资源限制问题，一般都只提供CGI支持，因此在嵌入式设备 中Web方式应用实际上就是基于CGI的程序开发。

     CGI（Common Gate Intergace）是一段运行在Web服务器上的程序，提供同客户端Html页面的接口。我们看一个实际例子：常见的个人主页上大都有一个留言本，留言 本的工作方式是这样的：先由用户输入一些信息，如名字之类的东西，接着用户按一下“留言”（到目前为止工作都在客户端），浏览器就把这些信息传送到服务器 的CGI程序中，于是CGI程序在服务器上按照预定的方法进行处理，在本例中就是把用户提交的信息存入指定的文件中，最后CGI程序给客户端发回一个“留 言结束”字样的页面，用户可以在浏览器里看到。

   在进行CGI编程之前，我们先了解HTML的一些知识。CGI 可以使用多种编程语言来实现，包括C、 C++、Perl等，但在嵌入式设备的开发中，一般都不会采用Perl等解释性语言，因为这种语言还需要有解释执行的支撑模块，会占用存贮空间和内存，最 常用的方法当然是用C来编写，但C并不是很适合开发象CGI这种需要大量进行字符串操作的程序，编程比较烦琐，因此，对于一个专业的开发人员来说，首先想 到的应该是有没有可复用的库来支持快速高效的开发CGI程序。幸运的是目前就有不少开放源码的支持CGI开发的 C库。我们在此只介绍CGIC，有兴趣的朋友可以自己在Internet上搜索其他的C库。

CGIC库的移植
    

   CGIC是一个支持CGI开发的开放源码的标准C库，可以免费使用，只需要在开发的站点和程序文档中有个公开声明即可，表明程序使用了CGIC库，用户也可以购买商业授权而无需公开声明。
     CGIC能够提供以下功能：

   1   分析数据，并自动校正一些有缺陷的浏览器发来的数据；

   2   透明接收用GET或 POST方法发来的From数据；

   3   能接受上传文件；
    4   能够设置和接收cookies；
    5   用一致的方式处理From元素里的回车；
    6   提供字符串，整数，浮点数，单选或多选功能来接收数据；
    7   提供数字字段的边界检查；
    8   能够将CGI环境变量转化成C中的非空字符串；
    9   提供CGI程序的调试手段，能够回放CGI程序执行时的CGI状态；

总之，CGIC是一个功能比较强大的支持CGI开发的标准C库，并支持Linux, Unix 和Windows等多操作系统。

以下描述CGIC的移植过程。

   从CGIC的主站点http://www.boutell.com/cgic/下载源码，当前最新版本是2.05版。将其解压并进入源码目录

     # tar xzf cgic205.tar.gz

     # cd cgic205

     修改Makefile文件，找到CC=gcc，将其改成CC=arm-linux-gcc，找到AR=ar，将其改成AR=arm-linux-ar，找 到RANLIB=ranlib，将其改成RANLIB=arm-linux-ranlib。找到gcc cgictest.o -o cgictest.cgi ${LIBS}，将其改成$(CC) $(CFLAGS) cgictest.o -o cgictest.cgi ${LIBS}，找到gcc capture.o -o capture ${LIBS}，将其改成$(CC) $(CFLAGS) capture.o -o capture ${LIBS}，并保存退出。

    然后运行make进行编译，得到的CGIC库libcgic.a，我们通过调试辅助程序capture和测试程序cgictest.cgi，来验证生成CGIC库的正确性。

    将capture和cgictest.cgi拷贝到主机的/nfs/www/cgi-bin目录下。

     在工作站的浏览器地址栏输入http://192.168.67.16/cgi-bin/cgictest.cgi，可以看到页面，表示CGIC库和测试 脚本都移植成功。cgictest.cgi比较完整的展现了CGIC库的功能，在开发基于CGIC库的CGI程序前最好先掌握cgictest.cgi程 序，也是用户开发特定应用程序时的参考范例。

   HTML模板的制作
Web方式的应用开发一般都会将界面和程序逻辑脱离开来，允许在一定程度下更改界面，如改变界面文本的属性，建立多语言版本等，而无需改动程序逻辑。界面 一般由美工来进行制作，而程序员负责具体功能的实现。在 HTML中，表单 (FORM)是最主要的传递信息的手段，它适用于任何浏览器。表单中有很多元素，包括输入文本框，单选框，多选框，按钮，等等，可以提供信息的交互。具体 对象说明和语法请参见其他HTML书籍，在这里不作介绍。根据应用需求，美工或其他设计人员将最后的Web页面设计出来，作为程序员进行开发的模板。

     CGI程序的工作一般就是接收表单数据，进行数据处理，最后根据处理结果生成新的页面返回给浏览器。表单数据一般是以POST方法提交给服务器，由CGI 程序获得，程序必须要将界面数据和内部数据对应起来才能够进行下一步的处理。CGI程序从页面获取数据就根据元素名字/值中的元素名字来进行区分。但 CGI返回页面就比较麻烦。由于界面在程序开发完成后还有可能会改变，而且有些需要程序处理的地方可能没有表单元素，因此对程序来说，不能以表单元素名作 为区分的基础，一般方法是采用HTML中的注释<!-xxx-->来标记。

     程序员需要在模板中为每一个表单元素以及其他任何需要程序处理的地方，按照一定规则，如注释的下一行就是表单元素行，建立其注释标记。CGI程序就可以根 据注释标记来判断表单元素信息并进行处理。程序逐行读取模板文件，检查有无注释标记，如有的话，则下一行需要进行处理，给表单元素赋上数据，最后就可以返 回带数据的页面给浏览器。

     HTML模板还需要关注的是输入的检查。根据输入检查越早越好的原则，需要在用户界面上就对用户提交的数据进行检查。目前一般是采用javascript 脚本的方式。当用户提交数据时，表单对象的onSubmit方法就会被调用，在该方法里就可以对用户的输入进行检查。常用的检查有是否必需、最大/小长 度、是否字符、是否数字、email地址、IP地址是否正确、是否匹配一个正则表达式等。

CGI程序的开发
     CGI程序的工作一般就是接收表单数据，根据应用需求进行数据处理，最后根据处理结果生成新的页面返回给浏览器。表单数据一般是以POST方法提交给服务 器，由CGI程序获得，程序根据元素名字/值中的元素名字来区分数据，完成数据处理后，再读取相应的模板文件，根据注释标记将对应的数据填充到HTML文 本中去，生成最后的页面返回给浏览器。

     程序一般逻辑为：

     1．   安全性检查，是否允许运行脚本；

     2．   处理用户提交的数据，根据元素名字/值中的元素名字来区分数据，然后根据应用需求进行数据处理；

     3．   将处理结果填充表单，根据注释标记将对应的数据填充到HTML文本中去，生成最后的页面返回给浏览器。

     关于具体的代码实现细节，用户可以参考《嵌入式Linux系统开发详解－基于EP93XX系列ARM》一书的相关章节。（全文完）