[Linux#58][HTTP] 自己构建服务器 | 实现网页分离

一. 最简单的HTTP服务器

二.服务器 2.0

Protocol.hpp

httpServer.hpp

子进程的创建和退出

子进程退出的意义

父进程关闭连接套接字

httpServer.cc

argc (argument count)

argv (argument vector)

三.服务器和网页分离

思考与补充：

一. 最简单的HTTP服务器

基于上一篇文章的理论：

我们可以尝试实现一个简单的 HTTP 服务器，它可以接受客户端连接并返回一个 "Hello World" 网页。为了详细说明这段代码，让我们逐行进行解释。

#include <sys/socket.h>  // 引入套接字相关的头文件
#include <netinet/in.h>  // 引入处理IPv4地址的头文件
#include <arpa/inet.h>   // 引入INET相关函数的头文件
#include <unistd.h>      // 引入UNIX标准函数，如close()
#include <stdio.h>       // 引入标准输入输出头文件
#include <string.h>      // 引入字符串处理函数的头文件
#include <stdlib.h>      // 引入标准库函数，如atoi()

这些头文件包含了程序所需的各种函数和类型：

sys/socket.h: 提供套接字函数和数据结构。
netinet/in.h: 提供了用于处理 IPv4 地址的结构和函数。
arpa/inet.h: 提供了用于操作 IP 地址的函数，如 inet_addr。
unistd.h: 提供了 UNIX 标准函数，如 close。
stdlib.h: 提供了一些标准库函数，如 atoi。

void Usage() {printf("usage: ./server [ip] [port]\n");
}

定义了一个 Usage 函数，该函数打印使用说明，说明程序需要两个命令行参数，即 IP 地址和端口号。

int main(int argc, char* argv[]) {

程序的 main 函数开始。

    if (argc != 3) {Usage();return 1;}

检查命令行参数的数量。如果参数数量不等于 3（程序名、IP 地址和端口号）

    int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (fd < 0) {perror("socket"); // 如果创建失败，打印错误信息return 1;}

创建一个套接字。AF_INET 表示使用 IPv4，SOCK_STREAM 表示使用 TCP。

    struct sockaddr_in addr; // 定义一个地址结构体addr.sin_family = AF_INET; // 设置为IPv4地址族addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]); // 设置IP地址addr.sin_port = htons(atoi(argv[2])); // 设置端口号，并转换为网络字节序

设置服务器端地址：

sin_family：家族类型为 AF_INET，即 IPv4。
sin_addr.s_addr：将命令行参数中的 IP 地址转化为网络字节序的二进制地址。
sin_port：将命令行参数中的端口号转化为网络字节序的端口号。

    int ret = bind(fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));if (ret < 0) {perror("bind"); // 如果绑定失败，打印错误信息return 1;}

将套接字绑定到指定的 IP 地址和端口。

    ret = listen(fd, 10);if (ret < 0) {perror("listen"); // 如果监听失败，打印错误信息return 1;}

开始监听连接，允许最多 10 个连接等待队列。

    for (;;) {struct sockaddr_in client_addr; // 定义客户端地址结构体socklen_t len = sizeof(client_addr); // 定义长度变量int client_fd = accept(fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &len);if (client_fd < 0) {perror("accept"); // 如果接受连接失败，打印错误信息continue; // 继续下一次循环}

进入一个无限循环，持续接受客户端的连接：

client_addr：用于存储客户端的地址。
len：保存地址 client_addr 的长度。
accept：接受一个客户端连接。

如果 accept 失败，打印错误信息并继续下一次循环。

        char input_buf[1024 * 10] = {0};ssize_t read_size = read(client_fd, input_buf, sizeof(input_buf) - 1);if (read_size < 0) {perror("read"); // 如果读取失败，打印错误信息close(client_fd); // 关闭客户端套接字continue; // 继续下一次循环}printf("[Request] %s\n", input_buf);

定义一个缓冲区并读取客户端数据：

input_buf：存储从客户端读取的数据。
read：从客户端套接字读取数据至缓冲区。

如果读取失败，打印错误信息，关闭客户端套接字，并继续下一次循环。

        char buf[1024] = {0};const char* hello = "<h1>hello world</h1>";sprintf(buf, "HTTP/1.0 200 OK\nContent-Length:%lu\n\n%s", strlen(hello), hello);write(client_fd, buf, strlen(buf));

定义一个缓冲区并发送响应：

hello：要发送的 HTML 内容。
sprintf：格式化 HTTP 响应，包括头部和内容。
write：将响应发送回客户端。

        close(client_fd); // 关闭客户端套接字}

关闭客户端连接。

    close(fd); // 关闭服务器套接字return 0; // 正常退出
}

关闭服务器套接字并正常退出程序。

总结：

该程序是一个基本的 HTTP 服务器，负责监听指定的 IP 地址和端口，接受客户端连接，读取请求并发送一个包含 "Hello World" 的 HTML 响应。它通过使用 UNIX 系统调用（如 socket、bind、listen 和 accept 等）来实现这一功能。

完整代码：

#include <sys/socket.h>  // 引入套接字相关的头文件
#include <netinet/in.h>    // 引入处理IPv4地址的头文件
#include <arpa/inet.h>     // 引入INET相关函数的头文件
#include <unistd.h>        // 引入UNIX标准函数，如close()
#include <stdio.h>         // 引入标准输入输出头文件
#include <string.h>        // 引入字符串处理函数的头文件
#include <stdlib.h>        // 引入标准库函数，如atoi()// 打印服务器的使用方法
void Usage() {printf("usage: ./server [ip] [port]\n");
}int main(int argc, char* argv[]) {// 确保命令行参数数量正确（应为3个：程序名、IP地址和端口号）if (argc != 3) {Usage();return 1;}// 创建一个基于IPv4的TCP套接字int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (fd < 0) {perror("socket"); // 如果创建失败，打印错误信息return 1;}struct sockaddr_in addr; // 定义一个地址结构体addr.sin_family = AF_INET; // 设置为IPv4地址族addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]); // 设置IP地址addr.sin_port = htons(atoi(argv[2])); // 设置端口号，并转换为网络字节序// 将套接字绑定到指定的IP地址和端口int ret = bind(fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));if (ret < 0) {perror("bind"); // 如果绑定失败，打印错误信息return 1;}// 开始监听传入的连接，允许最多10个连接同时等待ret = listen(fd, 10);if (ret < 0) {perror("listen"); // 如果监听失败，打印错误信息return 1;}// 无限循环，持续接受客户端的连接for (;;) {struct sockaddr_in client_addr; // 定义客户端地址结构体socklen_t len = sizeof(client_addr); // 定义长度变量// 接受一个客户端连接，并将客户端的地址信息存储在client_addr中int client_fd = accept(fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &len);if (client_fd < 0) {perror("accept"); // 如果接受连接失败，打印错误信息continue; // 继续下一次循环}// 定义一个缓冲区，用于存储从客户端读取的数据char input_buf[1024 * 10] = {0};// 从客户端读取数据，最多读取缓冲区大小-1字节ssize_t read_size = read(client_fd, input_buf, sizeof(input_buf) - 1);if (read_size < 0) {perror("read"); // 如果读取失败，打印错误信息close(client_fd); // 关闭客户端套接字continue; // 继续下一次循环}// 打印接收到的请求printf("[Request] %s\n", input_buf);// 定义一个缓冲区，用于存储响应数据char buf[1024] = {0};// 定义要发送的HTML内容const char* hello = "<h1>hello world</h1>";// 格式化HTTP响应消息，包括HTTP头部和HTML内容sprintf(buf, "HTTP/1.0 200 OK\nContent-Length:%lu\n\n%s", strlen(hello), hello);// 将响应消息发送回客户端write(client_fd, buf, strlen(buf));// 关闭客户端套接字close(client_fd);}// 关闭服务器套接字close(fd);return 0; // 正常退出
}

二.服务器 2.0

Protocol.hpp

#pragma once#include <iostream>
#include <string>using namespace std;//客户端
class httpRequest
{public:httpRequest(){};~httpRequest(){};public:string inbuffer;//缓冲区//简单一点主要看一下http的细节// string reqline;//请求行// vector<std::string> reqheader;//报头// string body;//请求正文//第一行细分// string method;// string url;// string httpversion;
};//服务器
class httpResponse
{public:string outbuffer;//缓冲区
};

httpServer.hpp

#pragma once
// 确保头文件只被包含一次#include "Protocol.hpp"
// 包含自定义的协议处理头文件，可能定义了 httpRequest 和 httpResponse 类#include <iostream>
#include <string>
#include <stdlib.h>
#include <cstring>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>
#include <functional>using namespace std;// 定义错误码枚举
enum {USAGG_ERR = 1, // 使用错误SOCKET_ERR,     // 套接字创建错误BIND_ERR,       // 绑定错误LISTEN_ERR      // 监听错误
};const int backlog = 5;
// 定义监听队列的最大长度// 定义函数类型别名，用于处理HTTP请求和响应的回调函数
typedef function<void(const httpRequest&, httpResponse&)> func_t;// 处理HTTP请求的函数
void handlerEntery(int sock,func_t callback)
{// 1. 读到完整的http请求// 2. 反序列化// 3. httprequst, httpresponse, callback(req, resp)// 4. resp序列化// 5. sendchar buffer[4096];httpRequest req;httpResponse resp;ssize_t n=recv(sock,buffer,sizeof(buffer)-1,0);//大概率我们直接就能读取到完整的http请求if(n>0){buffer[n]=0;req.inbuffer=buffer;callback(req,resp);send(sock,resp.outbuffer.c_str(),resp.outbuffer.size(),0);}
}// HTTP服务器类
class httpServer {
public:// 构造函数，初始化端口号和监听套接字httpServer(const uint16_t port) : _port(port), _listensock(-1) {}// 初始化服务器void initServer() {// 创建套接字_listensock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (_listensock < 0) {exit(SOCKET_ERR); // 如果创建失败，退出程序}// 绑定套接字到本地地址和端口struct sockaddr_in local;memset(&local, 0, sizeof(local));local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = htons(_port);local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 绑定到任意地址if (bind(_listensock, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local)) < 0) {exit(BIND_ERR); // 如果绑定失败，退出程序}// 设置套接字为监听状态if (listen(_listensock, backlog) < 0) { // 设置监听队列长度exit(LISTEN_ERR); // 如果监听失败，退出程序}}// 启动服务器，处理请求void start(func_t func) {// 忽略子进程结束的信号signal(SIGCHLD, SIG_IGN);for (;;) { // 无限循环，等待连接// 接受新连接struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);int sock = accept(_listensock, (struct sockaddr *)&peer, &len);if (sock < 0) {continue; // 如果接受失败，继续下一次循环}// 创建子进程处理连接int fd = fork();if (fd == 0) {close(_listensock); // 子进程关闭监听套接字handlerEntery(sock, func); // 处理HTTP请求close(sock); // 处理完毕后关闭连接套接字exit(0); // 子进程退出}close(sock); // 父进程关闭连接套接字}}// 析构函数~httpServer() {// 可以在这里进行资源清理}private:uint16_t _port; // 服务器监听的端口号int _listensock; // 监听套接字的文件描述符
};

⭕ 如何理解这个地方子进程的退出和关闭?

在 start 函数中，服务器通过 fork() 系统调用创建子进程来处理每个新的连接。以下是对子进程退出和关闭操作的详细解释：

子进程的创建和退出

创建子进程:

- int fd = fork();: 这行代码是创建子进程的关键。fork() 调用会创建一个新的子进程。在父进程中，fork() 返回子进程的进程ID；在子进程中，fork() 返回0。

在子进程中 (if (fd == 0)):

- close(_listensock);: 子进程不需要监听新的连接，因此它关闭监听套接字。这是因为监听套接字由父进程负责，并且所有子进程都会继承父进程的文件描述符。
- handlerEntery(sock, func);: 子进程调用 handlerEntery 函数来处理HTTP请求。这个函数会读取请求、反序列化、调用回调函数处理请求、序列化响应并发送响应。
- close(sock);: 在处理完请求并发送响应后，子进程关闭与客户端的连接套接字，因为它不再需要这个套接字。
- exit(0);: 子进程通过 exit(0) 退出。这个调用会导致子进程终止，并且操作系统会回收子进程占用的所有资源。

子进程退出的意义

资源回收: 当子进程退出时，操作系统会自动回收子进程所占用的所有资源，包括打开的文件描述符、内存等。这是非常重要的，因为如果不回收资源，可能会导致资源泄漏。
避免僵尸进程: 在调用 fork() 之前，父进程通过 signal(SIGCHLD, SIG_IGN); 忽略了 SIGCHLD 信号。这意味着当子进程结束时，父进程不会收到通知，操作系统会自动清理掉子进程，防止产生僵尸进程。

父进程关闭连接套接字

close(sock);: 在父进程中，fork() 返回的是子进程的ID，因此父进程不会进入 if (fd == 0) 块。父进程也不需要这个与客户端的连接套接字，因为它只负责监听新的连接，所以它关闭这个套接字。
总结来说，子进程的退出和关闭操作确保了每个HTTP请求都能被单独的子进程处理，并且在处理完成后，子进程能够干净地退出，不会留下僵尸进程或资源泄漏。父进程继续监听新的连接请求，而子进程则负责处理已经接受的连接。

httpServer.cc

#include "httpServer.hpp"
#include <memory>// 打印程序使用方法的函数
void Usage(const string& proc) {cout << "\nUsage:\n\t" << proc << " local_port\n\n";
}// 处理HTTP GET请求的函数，参数为请求和响应对象
void Get(const httpRequest &req, httpResponse &resp)
{cout << "----------------http start---------------" << endl;cout << req.inbuffer << endl;cout << "----------------http end-----------------" << endl;string respline = "HTTP/1.1 200 OK\r\n";// string respheader;string respblank = "\r\n";//随便做一个网页string body="<html lang=\"en\"><head><meta charset=\"UTF-8\"><title>for test</title><h1>hello world</h1></head><body><p>你好呀 祝你天天开心~</p></body></html>";//序列化resp.outbuffer += respline;resp.outbuffer += respblank;resp.outbuffer += body;
}// 程序入口点
int main(int argc, char* argv[]) {// 检查命令行参数数 量是否正确if (argc != 2) {// 如果参数数量不正确，显示使用方法并退出Usage(argv[0]);exit(USAGG_ERR); // 假设 USAGG_ERR 是一个定义的错误代码}// 将命令行参数转换为端口号uint16_t serverport = static_cast<uint16_t>(atoi(argv[1]));// 使用智能指针创建httpServer实例，自动管理内存std::unique_ptr<httpServer> server(new httpServer(serverport));// 初始化服务器server->initServer();// 启动服务器，并传入Get函数作为处理HTTP请求的回调server->start(Get);// 程序正常结束return 0;
}

⭕ 解释argc 和argv的设计与运用

在C和C++程序中，argc 和 argv 是 main 函数的两个参数，它们用于处理命令行参数。

`argc` (argument count)

argc 是一个整数，代表传递给程序的命令行参数的数量。它至少总是为1，因为 argv[0] 总是包含程序的名称或路径。

`argv` (argument vector)

argv 是一个指向字符指针的指针，它指向一个字符串数组，这些字符串包含了程序的命令行参数。argv[0] 是程序的名称或路径，argv[1] 是第一个命令行参数，依此类推。
以下是 argc 和 argv 在上述代码中的设计与运用：

程序入口点:

int main(int argc, char* argv[]) {

这里 main 函数接收 argc 和 argv 作为参数。

检查参数数量:

if (argc != 2) {

程序期望用户输入一个命令行参数，即端口号。如果 argc 不等于2（程序名称和一个参数），则说明用户没有正确输入参数。

打印使用方法:

Usage(argv[0]);

如果参数数量不正确，程序调用 Usage 函数，并传递 argv[0] 作为参数，这通常是程序的名称。Usage 函数会打印出如何正确使用程序的信息。

获取端口号:

uint16_t serverport = static_cast<uint16_t>(atoi(argv[1]));

程序将 argv[1]（第一个命令行参数，即用户输入的端口号字符串）转换为整数，并将其存储在 serverport 变量中。

启动服务器:
程序使用 serverport 来初始化和启动 httpServer 实例。
通过这种方式，argc 和 argv 提供了一种灵活的方式来从命令行接收用户输入，使得程序可以根据不同的输入执行不同的操作。在上述代码中，它们用于指定HTTP服务器监听的端口号。如果用户没有提供正确的参数，程序会提示正确的使用方法并退出。

我们发现udp、tcp、http所有的底层逻辑都是差不多的，而我们只要写上层逻辑就好了。

这里我们主要说原理，下面1-5的工作我们都不做了，所以httpRequest，httpResponse也都给一个缓冲区就行了。

callback 的是 Get 函数

下面我们用浏览器充当客户端发起请求看一下结果

无法访问，我们来开放一下端口号，腾讯云可以直接在小程序上开，就还挺方便的~

然后就可以看到

报头我们暂时不要后面慢慢填，正文部分我们搞一个网页。
网页不会写，可以搜一下w3cschool html教程

这里我们先写到Get函数里，后面我们在分离

void Get(const httpRequest &req, httpResponse &resp)
{cout << "----------------http start---------------" << endl;cout << req.inbuffer << endl;cout << "----------------http end-----------------" << endl;string respline = "HTTP/1.1 200 OK\r\n";// string respheader;string respblank = "\r\n";//随便做一个网页string body="<html lang=\"en\"><head><meta charset=\"UTF-8\"><title>for test</title><h1>hello world</h1></head><body><p>你好呀 祝你天天开心~</p></body></html>";//序列化resp.outbuffer += respline;resp.outbuffer += respblank;resp.outbuffer += body;
}

虽然我们在响应的时候没有带响应报头，但是我们的浏览器依旧是能识别的，这里想说的是现在浏览器很智能了，可以不用告诉它正文是什么也可以根据正文内容识别这是什么东西，但是有的浏览器做不到。这里我们用的是chrome浏览器。

如果我们要加一个报头里面可以带一些属性呢？

如Content-Type ，告诉别人返回的是什么资源。网上可以搜一下Content-Type 对照表，来进行添加

三.服务器和网页分离

简单实现之后，我们来解决服务器和网页分离，然后通过服务器把网页返回

引入：

在C++中，istringstream 类是在 <sstream> 头文件中定义的，所以你需要包含这个头文件来使用 istringstream 对象。下面是如何在代码中包含它的示例：

#include <sstream>
int main() {std::string line = "一些文本";std::istringstream iss(line);// ... 使用 iss ...return 0;
}

在这个例子中，istringstream 被用来从字符串 line 中读取数据，就像从文件中读取一样。

运用更新：

#pragma once#include <iostream>
#include <string>
#include <sstream>
using namespace std;class Util
{
public:// xxx yyy zzz\r\naaastatic string GetOneline(string &buffer, const string &sep){auto pos = buffer.find(sep);if (pos == string::npos)return "";string sub = buffer.substr(0, pos);return sub;}
};const string sep = "\r\n";//切割符class httpRequest
{public:httpRequest(){};~httpRequest(){};void parse(){// 1. 从inbuffer中拿到第一行，分隔符\r\nstring line = Util::GetOneline(inbuffer, sep);if (line.empty())return;// 2. 从请求行中提取三个字段istringstream iss(line);iss >> method >> url >> httpversion;}public:string inbuffer;// string reqline;// vector<std::string> reqheader;// string body;string method;string url;string httpversion;
};//服务器
class httpResponse
{public:string outbuffer;//缓冲区
};

#pragma once#include <iostream>
#include <string>using namespace std;class Util
{
public:// xxx yyy zzz\r\naaastatic string GetOneline(string &buffer, const string &sep){auto pos = buffer.find(sep);if (pos == string::npos)return "";string sub = buffer.substr(0, pos);return sub;}
};

什么是web根目录？

实际上未来一个web服务器写好之后，可不仅仅有这些代码。每一个web服务器都有web根目录，未来所有图片、视频、音频等各种web资源都在这个目录下，按照目录结构组织号好，未来想请求资源就从url请求。那如何保证按照我们的需求在指定路径下去寻找呢？

设计如下目录

err.html

<!doctype html>
<html lang="en"><head><meta charset="UTF-8"><title>404 Not Found</title><style>body {text-align: center;padding: 150px;}h1 {font-size: 50px;}body {font-size: 20px;}a {color: #008080;text-decoration: none;}a:hover {color: #005F5F;text-decoration: underline;}</style></head><body><div><h1>404</h1><p>页面未找到<br></p><p>您请求的页面可能已经被删除、更名或者您输入的网址有误。<br>请尝试使用以下链接或者自行搜索:<br><br><a href="https://www.baidu.com">百度一下></a></p></div></body></html>

index.html:

<!DOCTYPE html>
<html lang="en"><head><meta charset="UTF-8"><meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0"><title>Document</title></head><body><!-- <form action="/a/b/hello.html" method="post">name: <input type="text" name="name"><br>password: <input type="password" name="passwd"><br><input type="submit" value="提交"></form> --><h1>这个是我们的首页</h1><!-- <img src="/image/1.png" alt="这是一直猫" width="100" height="100"> 根据src向我们的服务器浏览器自动发起二次请求 --><!-- <img src="/image/2.jpg" alt="这是花"> --></body></html>

实现分离：

现在我们给网页添加一下功能，比如说网页是支持点击然后跳转链接的

跳转成功啦~

思考与补充：

1.请求和响应怎么保证应用层完整读取完毕了呢？

首先我们发现http请求都是字符串按行为单位，所以

我可以读取完整的一行
while(读取完整一行) --> 所有的请求行+请求行报文全部读完 --> 直到空行！
我们没说正文也是按行为单位分开的没有办法保证把正文读完，但是我们能保证把报头读完，而报头里有一个Content-Length：xxx（代表正文长度）
解析出来内容长度，在根据内容长度，读取正文即可！

2.请求和响应是怎么做到序列化和反序列化的？

http是用的特殊字符自己实现的。http序列化什么都不做直接发就好了，反序列化：第一行+请求/响应报头，只要按照\r\n将字符串1->n即可！不用借助任何东西如Json
protobuf等。而正文序列化反序列也不用做直接发送就行了。如果你的正文携带结构化数据就要自己处理了。
上面我们也通过写代码的方式，验证上面说的东西。
以前写udp和tcp我们都写过服务端用过套接字，这里还是直接拿过来用啦