浅谈HTTP服务
Socket套接字
在建立通信连接的每一端,进程间的传输要有两个标志:
- IP地址和端口号,合称为套接字地址(socket address)
- 客户机套接字地址定义了一个唯一的客户进程
- 服务器套接字地址定义了一个唯一的服务器进程
Socket:套接字,进程间通信(IPC)的一种实现,允许位于不同主机(或同一主机)上不同进程之间进行通信和数据交换 - Socket API:封装了内核中所提供的socket通信相关的系统调用
- Socket Domain:根据其所使用的地址
- AF_INET:Address Family,IPv4
- AF_INET6:IPv6
- AF_UNIX:同一主机上不同进程之间通信时使用
- Socket Type:根据使用的传输层协议
- SOCK_STREAM:流,TCP套接字,可靠地传递、面向连接
- SOCK_DGRAM:数据报,UDP套接字,不可靠地传递、无连接
- SOCK_RAW:裸套接字,无须TCP或UDP,应用直接通过IP包通信
- Socket位于传输层与应用层之间,连接了应用层细节与通信细节,负责用户进程与系统内核的交互
HTTP超文本传输协议
浏览器如何访问网站
HTTP协议通信过程
- HTTP(HyperText Transfer Protocol,超文本传输协议)是一种用于分布式、协作式和超媒体信息系统的应用层协议。
- HTTP是万维网的数据通信的基础设计HTTP最初的目的是为了提供一种远距离共享知识的方式,借助多文档进行关联实现超文本,连成相互参阅的WWW
HTTP协议分层
HTTP相关术语
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http(hyper text transfer protocol):超文本传输协议,TCP连接端口80
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html(hyper text markup language):超文本标记语言,一种描述网页结构的编程语言
- http与html的关系:http协议传输的文本文件依据使用的编程语言,可以分为html, css, javascript文件等
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MIME(Multipurpose Internet Mail Extensions):多用途互联网邮件拓展,支持在互联网上传输各种格式的文件
- 在文件
/etc/mime.types
中详细列举了支持的文件类型 - 格式:
major/minor
,一级类型/二级类型,如:
text/html
,image/jpeg
,video/mp4
- 在文件
HTTP协议发展版本差异
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http/0.9,1991年发布,只有GET命令
GET /index.html
,服务器只能回应HTML格式字符
串,不能回应别的格式 -
http/1.0,1996年5月发布,增加了POST, HEAD命令
- 支持cache, MIME, method
- 每个TCP连接只能发送一个请求
- 头信息是ASCII 码,后面数据可为任何格式
- Content-Type字段说明数据格式,包含在MIME中
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http/1.1(目前最普遍),1997年1月发布,新增命令PUT, PATCH, OPTIONS, DELETE
- 持久连接(persistent connection):TCP连接默认不关闭,可以被多个请求复用
- 管道机制(pipelining):同一个TCP连接里可以同时发送多个请求
- 队头堵塞(Head-of-line blocking):服务器顺序处理请求,前方请求回应慢,造成很多请求排队
- http协议不带状态,连接断开后服务器将失去客户端信息,每次请求需发送相同信息,浪费带宽
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HTTP1.0和1.1的问题
- HTTP1.x在传输数据时,每次都需要重新建立连接,无疑增加了大量的延迟时间,特别是在移动端更为突出
- HTTP1.x在传输数据时,所有传输的内容都是明文,客户端和服务器端都无法验证对方的身份,无法保证数据的安全性
- HTTP1.x在使用时,header里携带的内容过大,增加了传输的成本,并且每次请求header基本不怎么变化,尤其在移动端增加用户流量
- 虽然HTTP1.x支持了keep-alive,来弥补多次创建连接产生的延迟,但是keep-alive使用多了同样会给服务端带来大量的性能压力,并且对于单个文件被不断请求的服务(例如图片存放网站),keep-alive可能会极大的影响性能,因为它在文件被请求之后还保持了不必要的连接很长时间
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HTTP2.0协议2015年,HTTP2.0是谷歌SPDY的升级版
- 头信息和数据体都是二进制,称为头信息帧和数据帧
- 复用TCP连接,在一个连接里,客户端和浏览器都可以同时发送多个请求或回应,且不用按顺序一一对应,避免了“队头堵塞“,此双向的实时通信称为多工(Multiplexing)
- 引入头信息压缩机制(header compression),头信息使用gzip或compress压缩后再发送;客户端和服务器同时维护一张头信息表,所有字段都会存入这个表,生成一个索引号,不发送同样字段,只发送索引号,提高速度
- HTTP/2 允许服务器未经请求,主动向客户端发送资源,即服务器推送(server push)
HTTP工作机制
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事务:包含http请求和http响应
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web资源:多个资源组成一个网页
- 静态文件:无需服务端做出额外处理
- 文件后缀:.jpg, .html, .txt, .js, .css, .mp3, .avi
- 动态文件:服务端执行程序,返回执行的结果
- 文件后缀:.asp, .php, .jsp
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提高HTTP连接性能的方法
- 并行连接:通过多条TCP连接发起并发的HTTP请求
- 持久连接:重用TCP连接,以消除连接和关闭的时延,以事务个数和时间来决定是否关闭连接
- 管道化连接:通过共享TCP连接发起并发的HTTP请求
- 复用的连接:交替传送请求和响应报文(实验阶段)
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传统HTTP连接:串行连接,每个事务都需要建立和断开连接一次
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并行连接:同时进行多个事务,事务之间并行运行
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持久连接: 一个连接过程依次完成多个事务,减少了建立和断开连接的时间
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管道连接: 一个连接过程同时进行多个事务,进一步减少了时间开销
URI和URL
- URI(Uniform Resource Identifier):统一资源标识,分为URN和URL
- URN(Uniform Resource Naming):统一资源命名,用于给资源定义一个唯一的命名
- URL(Uniform Resource Locator):统一资源定位,用于描述某服务器某特定资源的位置
- URL的组成:
<scheme>://<user>:<password>@<host>:<port>/<path>;<params>?<query>#<frag>
- scheme:方案,指定连接服务器使用的协议
- user:用户名
- password:密码
- host:服务器的主机名或IP地址
- port:端口号
- path:服务器资源本地名
- params:参数,参数为名/值对,多个参数用";"分隔
- query:查询,用"?“分隔,多个查询用”&"分隔
- frag:片段,在客户端使用,用"#"分隔
HTTP 请求访问的完整过程
1️⃣建立连接:
接收或拒绝连接请求
2️⃣接受请求:
接收客户端请求报文中对某资源的一次请求的过程
Web访问响应模型(Web I/O)
- 单进程I/O模型:启动一个进程处理用户请求,而且一次只处理一个,多个请求被串行响应
- 多进程I/O模型:并行启动多个进程,每个进程响应一个连接请求
- 复用I/O结构:启动一个进程,同时响应N个连接请求
- 实现方法:多线程模型和事件驱动
- 多线程模型:一个进程生成N个线程,每线程响应一个连接请求
- 事件驱动:一个进程处理N个请求
- 复用的多进程I/O模型:启动M个进程,每个进程响应N个连接请求,同时接收M*N个请求
3️⃣处理请求:
服务器对请求报文进行解析,并获取请求的资源及请求方法等相关信息,根据方法,资
源,首部和可选的主体部分对请求进行处理
- 常用请求Method: GET、POST、HEAD、PUT、DELETE、TRACE、OPTIONS
4️⃣访问资源:
服务器获取请求报文中请求的资源web服务器,即存放了web资源的服务器,负责向请求者提供对方请求的静态资源,或动态运行后生成的资源
- web服务器资源路径映射方式:
- docroot
- alias
- 虚拟主机docroot
- 用户家目录docroot
5️⃣构建响应报文:
服务器执行请求方法中描述的动作,并返回响应报文。响应报文中包含有响应状态码、响应首部,如果生成了响应主体的话,还包括响应主体。
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响应报文通常包括:
- Content-Type:响应首部元素,描述响应主体的MIME类型
- Content-Length:响应首部元素,描述响应主体的长度
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识别MIME类型的策略:
- 魔法分类:服务器扫描资源的内容,并将其与一个已知模式表(被称为魔法文件)进行匹配
- 显示分类:强制特定文件或目录内容拥有某个MIME类型
- 类型协商: 有些Web服务器经过配置,可以以多种文档格式来存储资源。在这种情况下,可以配置Web服务器,使其可以通过与用户的协商来决定使用哪种格式(及相关的MIME类型)“最好”
- 默认先根据文件的后缀名判断MIME类型,如果没有后缀名再通过魔法分类识别
6️⃣发送响应报文:
- 对非持久连接而言,服务器应该在发送了整条报文之后,关闭自己这一端的连接。
- 对持久连接来说,连接可能仍保持打开状态。
7️⃣记录日志
最后,当事务结束时,Web服务器会在日志文件中添加一个条目,来描述已执行的事务
8️⃣http服务器应用
- http服务器程序
httpd apache
nginx
lighttpd - 应用程序服务器
IIS .asp
tomcat .jsp
jetty 开源的servlet容器,基于Java的web容器