(转)TinyHttp源码剖析
tinyhttpd 是一个不到 500 行的超轻量型 Http Server,用来学习非常不错,可以帮助我们真正理解服务器程序的本质。
看完所有源码,真的感觉有很大收获,无论是 unix 的编程,还是 GET/POST 的 Web 处理流程,都清晰了不少。废话不说,开始我们的 Server 探索之旅。
(水平有限,如有错误之处,欢迎指正)
项目主页
http://sourceforge.net/projects/tinyhttpd/
主要函数
这是所有函数的声明:
- void accept_request(int);
- void bad_request(int);
- void cat(int, FILE *);
- void cannot_execute(int);
- void error_die(const char *);
- void execute_cgi(int, const char *, const char *, const char *);
- int get_line(int, char *, int);
- void headers(int, const char *);
- void not_found(int);
- void serve_file(int, const char *);
- int startup(u_short *);
- void unimplemented(int);
先简单地解释每个函数的作用:
accept_request: 处理从套接字上监听到的一个 HTTP 请求,在这里可以很大一部分地体现服务器处理请求流程。
bad_request: 返回给客户端这是个错误请求,HTTP 状态吗 400 BAD REQUEST.
cat: 读取服务器上某个文件写到 socket 套接字。
cannot_execute: 主要处理发生在执行 cgi 程序时出现的错误。
error_die: 把错误信息写到 perror 并退出。
execute_cgi: 运行 cgi 程序的处理,也是个主要函数。
get_line: 读取套接字的一行,把回车换行等情况都统一为换行符结束。
headers: 把 HTTP 响应的头部写到套接字。
not_found: 主要处理找不到请求的文件时的情况。
sever_file: 调用 cat 把服务器文件返回给浏览器。
startup: 初始化 httpd 服务,包括建立套接字,绑定端口,进行监听等。
unimplemented: 返回给浏览器表明收到的 HTTP 请求所用的 method 不被支持。
建议源码阅读顺序: main -> startup -> accept_request -> execute_cgi, 通晓主要工作流程后再仔细把每个函数的源码看一看。
工作流程
(1) 服务器启动,在指定端口或随机选取端口绑定 httpd 服务。
(2)收到一个 HTTP 请求时(其实就是 listen 的端口 accpet 的时候),派生一个线程运行 accept_request 函数。
(3)取出 HTTP 请求中的 method (GET 或 POST) 和 url,。对于 GET 方法,如果有携带参数,则 query_string 指针指向 url 中 ? 后面的 GET 参数。
(4) 格式化 url 到 path 数组,表示浏览器请求的服务器文件路径,在 tinyhttpd 中服务器文件是在
htdocs 文件夹下。当 url 以 / 结尾,或 url 是个目录,则默认在 path 中加上 index.html,表示访问主页。
(5)如果文件路径合法,对于无参数的 GET 请求,直接输出服务器文件到浏览器,即用 HTTP
格式写到套接字上,跳到(10)。其他情况(带参数 GET,POST 方式,url 为可执行文件),则调用 excute_cgi 函数执行 cgi
脚本。
(6)读取整个 HTTP 请求并丢弃,如果是 POST 则找出 Content-Length. 把 HTTP 200 状态码写到套接字。
(7) 建立两个管道,cgi_input 和 cgi_output, 并 fork 一个进程。
(8) 在子进程中,把 STDOUT 重定向到 cgi_outputt 的写入端,把 STDIN 重定向到 cgi_input
的读取端,关闭 cgi_input 的写入端 和 cgi_output 的读取端,设置 request_method 的环境变量,GET
的话设置 query_string 的环境变量,POST 的话设置 content_length 的环境变量,这些环境变量都是为了给 cgi
脚本调用,接着用 execl 运行 cgi 程序。
(9) 在父进程中,关闭 cgi_input 的读取端 和 cgi_output 的写入端,如果 POST 的话,把 POST
数据写入 cgi_input,已被重定向到 STDIN,读取 cgi_output 的管道输出到客户端,该管道输入是
STDOUT。接着关闭所有管道,等待子进程结束。这一部分比较乱,见下图说明:
图 1 管道初始状态
图 2 管道最终状态
(10) 关闭与浏览器的连接,完成了一次 HTTP 请求与回应,因为 HTTP 是无连接的。
注释版源码
源码已写了注释,放在 Github: 这里
懒得跳转的同学看下面....
/* J. David's webserver */
/* This is a simple webserver.
* Created November 1999 by J. David Blackstone.
* CSE 4344 (Network concepts), Prof. Zeigler
* University of Texas at Arlington
*/
/* This program compiles for Sparc Solaris 2.6.
* To compile for Linux:
* 1) Comment out the #include <pthread.h> line.
* 2) Comment out the line that defines the variable newthread.
* 3) Comment out the two lines that run pthread_create().
* 4) Uncomment the line that runs accept_request().
* 5) Remove -lsocket from the Makefile.
*/
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <ctype.h>
#include <strings.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h> #define ISspace(x) isspace((int)(x)) #define SERVER_STRING "Server: jdbhttpd/0.1.0\r\n" void accept_request(int);
void bad_request(int);
void cat(int, FILE *);
void cannot_execute(int);
void error_die(const char *);
void execute_cgi(int, const char *, const char *, const char *);
int get_line(int, char *, int);
void headers(int, const char *);
void not_found(int);
void serve_file(int, const char *);
int startup(u_short *);
void unimplemented(int); /**********************************************************************/
/* A request has caused a call to accept() on the server port to
* return. Process the request appropriately.
* Parameters: the socket connected to the client */
/**********************************************************************/
void accept_request(int client)
{
char buf[];
int numchars;
char method[];
char url[];
char path[];
size_t i, j;
struct stat st;
int cgi = ; /* becomes true if server decides this is a CGI program */
char *query_string = NULL; /*得到请求的第一行*/
numchars = get_line(client, buf, sizeof(buf));
i = ; j = ;
/*把客户端的请求方法存到 method 数组*/
while (!ISspace(buf[j]) && (i < sizeof(method) - ))
{
method[i] = buf[j];
i++; j++;
}
method[i] = '\0'; /*如果既不是 GET 又不是 POST 则无法处理 */
if (strcasecmp(method, "GET") && strcasecmp(method, "POST"))
{
unimplemented(client);
return;
} /* POST 的时候开启 cgi */
if (strcasecmp(method, "POST") == )
cgi = ; /*读取 url 地址*/
i = ;
while (ISspace(buf[j]) && (j < sizeof(buf)))
j++;
while (!ISspace(buf[j]) && (i < sizeof(url) - ) && (j < sizeof(buf)))
{
/*存下 url */
url[i] = buf[j];
i++; j++;
}
url[i] = '\0'; /*处理 GET 方法*/
if (strcasecmp(method, "GET") == )
{
/* 待处理请求为 url */
query_string = url;
while ((*query_string != '?') && (*query_string != '\0'))
query_string++;
/* GET 方法特点,? 后面为参数*/
if (*query_string == '?')
{
/*开启 cgi */
cgi = ;
*query_string = '\0';
query_string++;
}
} /*格式化 url 到 path 数组,html 文件都在 htdocs 中*/
sprintf(path, "htdocs%s", url);
/*默认情况为 index.html */
if (path[strlen(path) - ] == '/')
strcat(path, "index.html");
/*根据路径找到对应文件 */
if (stat(path, &st) == -) {
/*把所有 headers 的信息都丢弃*/
while ((numchars > ) && strcmp("\n", buf)) /* read & discard headers */
numchars = get_line(client, buf, sizeof(buf));
/*回应客户端找不到*/
not_found(client);
}
else
{
/*如果是个目录,则默认使用该目录下 index.html 文件*/
if ((st.st_mode & S_IFMT) == S_IFDIR)
strcat(path, "/index.html");
if ((st.st_mode & S_IXUSR) || (st.st_mode & S_IXGRP) || (st.st_mode & S_IXOTH) )
cgi = ;
/*不是 cgi,直接把服务器文件返回,否则执行 cgi */
if (!cgi)
serve_file(client, path);
else
execute_cgi(client, path, method, query_string);
} /*断开与客户端的连接(HTTP 特点:无连接)*/
close(client);
} /**********************************************************************/
/* Inform the client that a request it has made has a problem.
* Parameters: client socket */
/**********************************************************************/
void bad_request(int client)
{
char buf[]; /*回应客户端错误的 HTTP 请求 */
sprintf(buf, "HTTP/1.0 400 BAD REQUEST\r\n");
send(client, buf, sizeof(buf), );
sprintf(buf, "Content-type: text/html\r\n");
send(client, buf, sizeof(buf), );
sprintf(buf, "\r\n");
send(client, buf, sizeof(buf), );
sprintf(buf, "<P>Your browser sent a bad request, ");
send(client, buf, sizeof(buf), );
sprintf(buf, "such as a POST without a Content-Length.\r\n");
send(client, buf, sizeof(buf), );
} /**********************************************************************/
/* Put the entire contents of a file out on a socket. This function
* is named after the UNIX "cat" command, because it might have been
* easier just to do something like pipe, fork, and exec("cat").
* Parameters: the client socket descriptor
* FILE pointer for the file to cat */
/**********************************************************************/
void cat(int client, FILE *resource)
{
char buf[]; /*读取文件中的所有数据写到 socket */
fgets(buf, sizeof(buf), resource);
while (!feof(resource))
{
send(client, buf, strlen(buf), );
fgets(buf, sizeof(buf), resource);
}
} /**********************************************************************/
/* Inform the client that a CGI script could not be executed.
* Parameter: the client socket descriptor. */
/**********************************************************************/
void cannot_execute(int client)
{
char buf[]; /* 回应客户端 cgi 无法执行*/
sprintf(buf, "HTTP/1.0 500 Internal Server Error\r\n");
send(client, buf, strlen(buf), );
sprintf(buf, "Content-type: text/html\r\n");
send(client, buf, strlen(buf), );
sprintf(buf, "\r\n");
send(client, buf, strlen(buf), );
sprintf(buf, "<P>Error prohibited CGI execution.\r\n");
send(client, buf, strlen(buf), );
} /**********************************************************************/
/* Print out an error message with perror() (for system errors; based
* on value of errno, which indicates system call errors) and exit the
* program indicating an error. */
/**********************************************************************/
void error_die(const char *sc)
{
/*出错信息处理 */
perror(sc);
exit();
} /**********************************************************************/
/* Execute a CGI script. Will need to set environment variables as
* appropriate.
* Parameters: client socket descriptor
* path to the CGI script */
/**********************************************************************/
void execute_cgi(int client, const char *path, const char *method, const char *query_string)
{
char buf[];
int cgi_output[];
int cgi_input[];
pid_t pid;
int status;
int i;
char c;
int numchars = ;
int content_length = -; buf[] = 'A'; buf[] = '\0';
if (strcasecmp(method, "GET") == )
/*把所有的 HTTP header 读取并丢弃*/
while ((numchars > ) && strcmp("\n", buf)) /* read & discard headers */
numchars = get_line(client, buf, sizeof(buf));
else /* POST */
{
/* 对 POST 的 HTTP 请求中找出 content_length */
numchars = get_line(client, buf, sizeof(buf));
while ((numchars > ) && strcmp("\n", buf))
{
/*利用 \0 进行分隔 */
buf[] = '\0';
/* HTTP 请求的特点*/
if (strcasecmp(buf, "Content-Length:") == )
content_length = atoi(&(buf[]));
numchars = get_line(client, buf, sizeof(buf));
}
/*没有找到 content_length */
if (content_length == -) {
/*错误请求*/
bad_request(client);
return;
}
} /* 正确,HTTP 状态码 200 */
sprintf(buf, "HTTP/1.0 200 OK\r\n");
send(client, buf, strlen(buf), ); /* 建立管道*/
if (pipe(cgi_output) < ) {
/*错误处理*/
cannot_execute(client);
return;
}
/*建立管道*/
if (pipe(cgi_input) < ) {
/*错误处理*/
cannot_execute(client);
return;
} if ((pid = fork()) < ) {
/*错误处理*/
cannot_execute(client);
return;
}
if (pid == ) /* child: CGI script */
{
char meth_env[];
char query_env[];
char length_env[]; /* 把 STDOUT 重定向到 cgi_output 的写入端 */
dup2(cgi_output[], );
/* 把 STDIN 重定向到 cgi_input 的读取端 */
dup2(cgi_input[], );
/* 关闭 cgi_input 的写入端 和 cgi_output 的读取端 */
close(cgi_output[]);
close(cgi_input[]);
/*设置 request_method 的环境变量*/
sprintf(meth_env, "REQUEST_METHOD=%s", method);
putenv(meth_env);
if (strcasecmp(method, "GET") == ) {
/*设置 query_string 的环境变量*/
sprintf(query_env, "QUERY_STRING=%s", query_string);
putenv(query_env);
}
else { /* POST */
/*设置 content_length 的环境变量*/
sprintf(length_env, "CONTENT_LENGTH=%d", content_length);
putenv(length_env);
}
/*用 execl 运行 cgi 程序*/
execl(path, path, NULL);
exit();
} else { /* parent */
/* 关闭 cgi_input 的读取端 和 cgi_output 的写入端 */
close(cgi_output[]);
close(cgi_input[]);
if (strcasecmp(method, "POST") == )
/*接收 POST 过来的数据*/
for (i = ; i < content_length; i++) {
recv(client, &c, , );
/*把 POST 数据写入 cgi_input,现在重定向到 STDIN */
write(cgi_input[], &c, );
}
/*读取 cgi_output 的管道输出到客户端,该管道输入是 STDOUT */
while (read(cgi_output[], &c, ) > )
send(client, &c, , ); /*关闭管道*/
close(cgi_output[]);
close(cgi_input[]);
/*等待子进程*/
waitpid(pid, &status, );
}
} /**********************************************************************/
/* Get a line from a socket, whether the line ends in a newline,
* carriage return, or a CRLF combination. Terminates the string read
* with a null character. If no newline indicator is found before the
* end of the buffer, the string is terminated with a null. If any of
* the above three line terminators is read, the last character of the
* string will be a linefeed and the string will be terminated with a
* null character.
* Parameters: the socket descriptor
* the buffer to save the data in
* the size of the buffer
* Returns: the number of bytes stored (excluding null) */
/**********************************************************************/
int get_line(int sock, char *buf, int size)
{
int i = ;
char c = '\0';
int n; /*把终止条件统一为 \n 换行符,标准化 buf 数组*/
while ((i < size - ) && (c != '\n'))
{
/*一次仅接收一个字节*/
n = recv(sock, &c, , );
/* DEBUG printf("%02X\n", c); */
if (n > )
{
/*收到 \r 则继续接收下个字节,因为换行符可能是 \r\n */
if (c == '\r')
{
/*使用 MSG_PEEK 标志使下一次读取依然可以得到这次读取的内容,可认为接收窗口不滑动*/
n = recv(sock, &c, , MSG_PEEK);
/* DEBUG printf("%02X\n", c); */
/*但如果是换行符则把它吸收掉*/
if ((n > ) && (c == '\n'))
recv(sock, &c, , );
else
c = '\n';
}
/*存到缓冲区*/
buf[i] = c;
i++;
}
else
c = '\n';
}
buf[i] = '\0'; /*返回 buf 数组大小*/
return(i);
} /**********************************************************************/
/* Return the informational HTTP headers about a file. */
/* Parameters: the socket to print the headers on
* the name of the file */
/**********************************************************************/
void headers(int client, const char *filename)
{
char buf[];
(void)filename; /* could use filename to determine file type */ /*正常的 HTTP header */
strcpy(buf, "HTTP/1.0 200 OK\r\n");
send(client, buf, strlen(buf), );
/*服务器信息*/
strcpy(buf, SERVER_STRING);
send(client, buf, strlen(buf), );
sprintf(buf, "Content-Type: text/html\r\n");
send(client, buf, strlen(buf), );
strcpy(buf, "\r\n");
send(client, buf, strlen(buf), );
} /**********************************************************************/
/* Give a client a 404 not found status message. */
/**********************************************************************/
void not_found(int client)
{
char buf[]; /* 404 页面 */
sprintf(buf, "HTTP/1.0 404 NOT FOUND\r\n");
send(client, buf, strlen(buf), );
/*服务器信息*/
sprintf(buf, SERVER_STRING);
send(client, buf, strlen(buf), );
sprintf(buf, "Content-Type: text/html\r\n");
send(client, buf, strlen(buf), );
sprintf(buf, "\r\n");
send(client, buf, strlen(buf), );
sprintf(buf, "<HTML><TITLE>Not Found</TITLE>\r\n");
send(client, buf, strlen(buf), );
sprintf(buf, "<BODY><P>The server could not fulfill\r\n");
send(client, buf, strlen(buf), );
sprintf(buf, "your request because the resource specified\r\n");
send(client, buf, strlen(buf), );
sprintf(buf, "is unavailable or nonexistent.\r\n");
send(client, buf, strlen(buf), );
sprintf(buf, "</BODY></HTML>\r\n");
send(client, buf, strlen(buf), );
} /**********************************************************************/
/* Send a regular file to the client. Use headers, and report
* errors to client if they occur.
* Parameters: a pointer to a file structure produced from the socket
* file descriptor
* the name of the file to serve */
/**********************************************************************/
void serve_file(int client, const char *filename)
{
FILE *resource = NULL;
int numchars = ;
char buf[]; /*读取并丢弃 header */
buf[] = 'A'; buf[] = '\0';
while ((numchars > ) && strcmp("\n", buf)) /* read & discard headers */
numchars = get_line(client, buf, sizeof(buf)); /*打开 sever 的文件*/
resource = fopen(filename, "r");
if (resource == NULL)
not_found(client);
else
{
/*写 HTTP header */
headers(client, filename);
/*复制文件*/
cat(client, resource);
}
fclose(resource);
} /**********************************************************************/
/* This function starts the process of listening for web connections
* on a specified port. If the port is 0, then dynamically allocate a
* port and modify the original port variable to reflect the actual
* port.
* Parameters: pointer to variable containing the port to connect on
* Returns: the socket */
/**********************************************************************/
int startup(u_short *port)
{
int httpd = ;
struct sockaddr_in name; /*建立 socket */
httpd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, );
if (httpd == -)
error_die("socket");
memset(&name, , 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)) < )
error_die("bind");
/*如果当前指定端口是 0,则动态随机分配一个端口*/
if (*port == ) /* if dynamically allocating a port */
{
int namelen = sizeof(name);
if (getsockname(httpd, (struct sockaddr *)&name, &namelen) == -)
error_die("getsockname");
*port = ntohs(name.sin_port);
}
/*开始监听*/
if (listen(httpd, ) < )
error_die("listen");
/*返回 socket id */
return(httpd);
} /**********************************************************************/
/* Inform the client that the requested web method has not been
* implemented.
* Parameter: the client socket */
/**********************************************************************/
void unimplemented(int client)
{
char buf[]; /* HTTP method 不被支持*/
sprintf(buf, "HTTP/1.0 501 Method Not Implemented\r\n");
send(client, buf, strlen(buf), );
/*服务器信息*/
sprintf(buf, SERVER_STRING);
send(client, buf, strlen(buf), );
sprintf(buf, "Content-Type: text/html\r\n");
send(client, buf, strlen(buf), );
sprintf(buf, "\r\n");
send(client, buf, strlen(buf), );
sprintf(buf, "<HTML><HEAD><TITLE>Method Not Implemented\r\n");
send(client, buf, strlen(buf), );
sprintf(buf, "</TITLE></HEAD>\r\n");
send(client, buf, strlen(buf), );
sprintf(buf, "<BODY><P>HTTP request method not supported.\r\n");
send(client, buf, strlen(buf), );
sprintf(buf, "</BODY></HTML>\r\n");
send(client, buf, strlen(buf), );
} /**********************************************************************/ int main(void)
{
int server_sock = -;
u_short port = ;
int client_sock = -;
struct sockaddr_in client_name;
int client_name_len = sizeof(client_name);
pthread_t newthread; /*在对应端口建立 httpd 服务*/
server_sock = startup(&port);
printf("httpd running on port %d\n", port); while ()
{
/*套接字收到客户端连接请求*/
client_sock = accept(server_sock,(struct sockaddr *)&client_name,&client_name_len);
if (client_sock == -)
error_die("accept");
/*派生新线程用 accept_request 函数处理新请求*/
/* accept_request(client_sock); */
if (pthread_create(&newthread , NULL, accept_request, client_sock) != )
perror("pthread_create");
} close(server_sock); return();
}
编译运行
这里我们如何让这个服务器跑起来呢?看评论区应该不少人遇到问题,这里我简单说下。
首先,需要修改 Makefile 文件,如果直接执行 make 的话,你会遇到这个错误:cannot find -lsocket。解决方法简单说就是在 Linux 系统中没有这样一个库,而且这个库在 linux 中的实现位于 libc 中,编译时被默认包含,所以可以直接在 Makefile 中去掉 -lsocket。详见:stackoverflow
另外,在 htdocs 文件下,有 cgi 的程序和 html 代码,cgi 是用 perl 写的,但文件中声明的 perl 执行程序位置在我这是错的,我这里 perl 脚本位于 /usr/bin 中(用 which perl 可以查看),所以把 cgi 文件中的第一行改为:
- #!/usr/bin/perl -Tw
现在都没问题了。mkae 编译后,用 ./httpd 运行,在浏览器中输入 127.0.0.1:端口,就可以看到网页了:
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