Linux之HTTP服务器的构建

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在这里，在下会不定期发表一些浅薄的知识和经验，望诸位能与在下多多交流，共同努力!
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参考环境

1. VMware Workstation Pro
2. Ubuntu20.04（运行服务器）

参考书籍

《Linux C/C++ 服务器开发实践》——朱文伟 李建英

一、HTTP的工作原理

HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）是互联网上应用最广泛的协议之一，它定义了客户端（通常是浏览器）和服务器之间交换数据的规则。浏览器作为HTTP客户端通过URL向HTTP服务器端，即Web服务器发送所有请求。常见的Web服务器有：Apache服务器、IIS服务器等。
其模型如下：

以下是 HTTP 的工作原理的简化概述：

1. 建立连接

• 客户端发起请求：用户通过浏览器或其他客户端软件输入 URL 或点击链接，客户端软件解析 URL 并向服务器发起连接请求。
• DNS解析：客户端首先通过 DNS（Domain Name System）将域名解析为服务器的 IP 地址。
• TCP连接：客户端通过 TCP（Transmission Control Protocol）与服务器建立连接。HTTP 通常使用 TCP 的 80 端口，但是也可以改为8080或者其他端口。

2. 发送请求

• 请求行：客户端发送一个 HTTP 请求，通常包括请求方法（如 GET、POST）、请求的 URL 和 HTTP 版本（如 HTTP/1.1 或 HTTP/2）。
• 请求头：请求还包括一系列的请求头，如 Host（指定服务器的主机名）、User-Agent（标识客户端类型）、Accept（指定客户端可接受的响应类型）等。
• 请求体（可选）：如果请求方法（如 POST）需要发送数据，请求体将包含这些数据。

3. 服务器处理请求

• 服务器接收请求：服务器接收到请求后，根据请求方法、URL 和其他信息处理请求。
• 资源定位：服务器确定请求的资源位置，这可能是静态文件或需要动态生成的数据。
• 处理请求：如果是动态请求，服务器可能需要执行数据库查询、业务逻辑处理等。

4. 发送响应

• 状态行：服务器发送一个 HTTP 响应，包括 HTTP 版本、状态码（如 200 表示成功）和状态短语（如 “OK”）。
• 响应头：响应还包括一系列的响应头，如 Content-Type（指定响应内容的类型）、Content-Length（指定响应内容的长度）等。
• 响应体：这是服务器返回给客户端的实际数据，可以是 HTML 页面、图片、视频等。

5. 断开连接

• 关闭连接：一旦响应被客户端接收，TCP 连接通常会被关闭。对于 HTTP/1.1，如果请求头中包含 Connection: keep-alive，则连接可能会被保持打开状态，以便后续请求重用。

6. 客户端处理响应

• 解析响应：客户端软件解析响应内容，并根据内容类型进行相应的处理（如渲染 HTML 页面、显示图片等）。
  HTTP 是无状态的，这意味着每个请求都是独立的，服务器不会保存关于客户端的任何信息（除非使用 cookie 或其他机制）。这使得 HTTP 适用于简单的请求-响应模型，但也有一些局限性，比如在需要维护会话状态的应用中。

二、客户端请求的消息结构

客户端发送一个HTTP请求到服务器，改请求消息由请求行(状态行)、请求头部(首部行)、空行和请求数据(实体)四个部分组成，如图所示

注：sp 指空格，cr指回车符，lf指换行符

HTTP协议定义了8种请求方法，来表明对Request-URI指定资源的不同操作方式，具体如下：

1. GET：请求获取由Request-URI标识的资源。它通常用于请求服务器发送一个文件或数据。
2. POST：用于向服务器提交数据，通常用于提交表单数据或上传文件。POST请求可能会导致服务器上的状态改变或副作用。
3. PUT：用于将请求中的数据存储在服务器上。它通常用于更新资源，但如果资源不存在，可能会创建一个新的资源。
4. DELETE：请求服务器删除由Request-URI标识的资源。
5. HEAD：与GET方法类似，但服务器在响应中只返回头部信息，不返回实体主体（即不返回实际内容）。
6. OPTIONS：用于获取服务器支持的HTTP请求方法和其他选项信息。
7. TRACE：用于沿着到目标资源的路径执行消息回环测试，主要用于诊断和调试。
8. CONNECT：用于建立一个隧道，将连接转换为透明的TCP/IP通道，通常用于SSL加密的连接。

以下是这些方法的归纳：

• GET：检索数据。
• POST：提交数据。
• PUT：更新或创建数据。
• DELETE：删除数据。
• HEAD：检查数据的存在性或状态。
• OPTIONS：查询服务器能力。
• TRACE：跟踪请求链。
• CONNECT：建立隧道。

虽然HTTP的请求方式有8种，但是在实践中常用到的是GET和POST，其他方法可以通过这两种基本方式间接实现。

三、服务器响应的消息结构

HTTP响应由四个部分组成，分别是：状态行、消息报头（响应头）、空行和响应正文，如图：

四、HTTP状态码

当浏览者访问一个网页时，浏览器会向网页所在服务器发出请求。在浏览器接收并显示网页前，此网页所在的服务器会返回一个包含HTTP状态码的信息头用以响应浏览器的请求。
HTTP状态码的英文时HTTP Status Code。下面时常见的HTTP状态码：
200 - 请求成功
301 - 资源（网页等）被永久转移到其它URL
404 - 请求的资源（网页等）不存在
500 - 内部服务器错误

类型	描述
1**	信息，服务器收到请求，需要请求者继续执行操作
2**	成功，操作被成功接收并处理
3**	重定向，需要进一步的操作以完成请求
4**	客户端错误，请求包含语法错误或无法完成请求
5**	服务器错误，服务器在处理请求的过程中发生了错误

五、从零开始搭建HTTP服务器

现在有很多现成开源的HTTP服务器，比如非常流行的Apache，诸位若想详细了解，可以浏览下面博客一二：
在linux上架设Web服务器Apache（Ubuntu）
Linux系统的Apache2如何启动cgi模块(Ubuntu)

但是，我今天打算自己手动搭建一个，诸位若有兴趣，也可以一起来吧~

main.c

#include "httpserver.h"

int main(void)
{
   
    int server_sock = -1;
    u_short port = 8888;
    int client_sock = -1;
    struct sockaddr_in client_name;
    socklen_t client_name_len = sizeof(client_name);
    pthread_t newthread;

    server_sock = startup(&port);
    printf("httpd running on port %d\n", port);

    while (1)
    {
   
        client_sock = accept(server_sock,
                       (struct sockaddr *)&client_name,
                       &client_name_len);
        if (client_sock == -1)
        error_die("accept");
        /* accept_request(client_sock); */
        if (pthread_create(&newthread , NULL, (void*(*)(void*))accept_request, (void*)(intptr_t)client_sock) != 0)
        perror("pthread_create");
    }

    close(server_sock);

    return(0);
}

httpserver.h

#ifndef _HTTPSERVER_H_
#define _HTTPSERVER_H_
#include "myhead.h"

#define ISspace(x) isspace((int) (x))

#define SERVER_STRING "Server: jdbhttpd/0.1.0\r\n"

//处理从套接字上监听到的一个HTTP请求，此函数很大部分体现服务器处理请求流程
void accept_request(void*);

//返回给客户端这是一个错误请求
void bad_request(int);

//读取服务器上某个文件，写道套接字中
void cat(int, FILE *);

//处理发生在执行cgi程序事出现的错误
void cannot_execute(int);

//打印错误信息，并退出
void error_die(const char *);

//运行cgi程序的处理，是主要的函数
void execute_cgi(int, const char *, const char *, const char *);

//读取套接字的一行，把回车符换行符等情况都统一为换行符结束
int get_line(int, char *, int);

//把HTTP响应头部写到套接字中
void headers(int, const char *);

//处理找不到请求文件的情况，即发送404
void not_found(int);

//读取文件并返回给客户端，里面调用cat
void serve_file(int, const char *);

//初始化http服务，包括建立套接字、绑定端口、进行监听等。
int startup(u_short *);

//返回浏览器，表明method不支持
void unimplemented(int);

#endif

httpserver.c

#include "myhead.h"
#include "httpserver.h"

int startup(u_short *port)
{
   
    int httpd = 0;
    struct sockaddr_in name;

    httpd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (httpd == -1)
        error_die("socket");
    memset(&name, 0, sizeof(name));
    name.sin_family = AF_INET;
    name.sin_port = htons(*port);
    name.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    if (bind(httpd, (struct sockaddr *)&name, sizeof(name)) < 0)
        error_die("bind");
    if (*port == 0) /* if dynamically allocating a port */
    {
   
        socklen_t namelen = sizeof(name);