大号在练葵花宝典 发表于 2024-8-11 02:54:17

[项目]搭建一个HTTP_SERVER

1.项目先容

   该项目是一个基于http和tcp协议自主实现的WebServer,用于实现欣赏器对服务器的简单哀求,然后吸收服务器返回的处理哀求数据,目的是为了让学习者更好的对网络连接和相关协议举行明确,同时制作出像网络在线盘算机,音视频哀求播放,大概雷同博客的功能,该夺目利用到的紧张技能有网络编程(socket),多线程编程,cgi技能,管道通信等。
2.详细编码实现

2.1 tcp_server

#pragmaonce
#include <iostream>
#include "LOG.hpp"
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <pthread.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#define PORT 8081
#define BACKLOG 5
class TcpServer{
    private:
      int listen_sock;
      int port;
      static TcpServer* tcpserver;
    private:
      TcpServer(int _port = PORT):listen_sock(),port(_port){ }
      ~TcpServer(){}
    public:
      static TcpServer* GetInstance(int _port = PORT){
            static pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
            if(tcpserver == nullptr){
                pthread_mutex_lock(&lock);
                if(tcpserver == nullptr){
                  tcpserver = new TcpServer(_port);
                  tcpserver->InitTcpServer();
                }
                pthread_mutex_unlock(&lock);
            }
            return tcpserver;
      }
      void InitTcpServer(){
            CreateSock();
            BindSock();
            ListenSock();
      }
      void CreateSock(){
            listen_sock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
            if(listen_sock < 0){
                LOG(INFO,"Create Sock Unsucess!");
                exit(1);
            }
            int opt = 1;
            setsockopt(listen_sock,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt));
            LOG(INFO,"Create Sock Sucess!");
      }
      void BindSock(){
            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;//云服务器不可以直接绑定ip
            if(bind(listen_sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local))<0){
                LOG(INFO,"Bind Sock Unsucess!");
                exit(2);
            }
            LOG(INFO,"Bind Sock Sucess!");
      }

      void ListenSock(){
            if(listen(listen_sock,BACKLOG)<0){
                LOG(INFO,"Listen Sock Unsucess!");
                exit(3);
            }
            LOG(INFO,"Listen Sock Sucess!");
      }

      int GetListenSock(){
            return listen_sock;
      }
      
};
TcpServer*TcpServer::tcpserver = nullptr;
 2.2 http_server

#pragma once
#include "TcpServer.hpp"
#include "Protocol.hpp"
#include "LOG.hpp"
#include "Task.hpp"
#include "ThreadPool.hpp"

#define PORT 8081
class HttpServer{
    private:
      int sock;
      int port;
      int stop;
      TcpServer* tcpserver;
    public:
      HttpServer(int _port = PORT):port(_port),stop(false),tcpserver(nullptr){}
      void InitHttpServer(){
            // 防止对端(client and server)断开发送SIGPIPE信号时,执行默认动作
            signal(SIGPIPE,SIG_IGN);
      }

      void Loop(){
            tcpserver = TcpServer::GetInstance(port);
            while(!stop){
                struct sockaddr_in peer;
                socklen_t len = sizeof(peer);
                memset(&peer,0,sizeof(peer));
                sock = accept(tcpserver->GetListenSock(),(struct sockaddr*)&peer,&len);
                LOG(INFO,"Begin Get A New Link!");
                if(sock < 0){
                  LOG(INFO,"Accept Socket Unsucess!");
                  continue;
                }
                LOG(INFO,"Begin Proess Request!");
                TASK task(sock);
                ThreadPool::GetInstance()->PushTask(task);
            }
      }
       ~HttpServer(){}
};
2.3 日志体系

#pragmaonce
#include <string>
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <time.h>
#define INFO    1
#define WARNING 2
#define ERROR   3
#define FATAL   4
#define LOG(level,message) log(#level,message,__FILE__,__LINE__)
void log(std::string level,std::string message,std::string fname,int eline){
      struct tm t;
      time_t now = time(NULL);
      localtime_r(&now,&t);

      printf("[%-7s][%-4d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d][%-30s][%-15s][%-4d]\n",\
                level.c_str(),t.tm_year+1900,t.tm_mon+1,t.tm_mday,t.tm_hour,t.tm_min,t.tm_sec,\
                message.c_str(),fname.c_str(),eline);
    }
2.4 Protocol协议的搭建

class EndPoint{
    private:
      int sock;
      bool stop;
      HttpRequest http_request;
      HttpResbonse http_resbonse;
    public:
      EndPoint(int _sock):sock(_sock),stop(false){}


      int IsStop(){
            return stop;
      }

      void RecvHttpRequest(){
            if((!Recv_Parse_HttpRequest_Line()) && \
                (!Recv_Parse_HttpRequest_Head()) && \
                (!Recv_HttpRequest_Body())){}
            }

      intRecv_Parse_HttpRequest_Line(){
            LOG(INFO,"Begin Recv Request");
            //recv
            if(Utility::ReadLine(sock,http_request.request_line)> 0){
                http_request.request_line.back() = 0;
                LOG(INFO,http_request.request_line);
            }
            else{
                stop = true;
                return stop;
            }
            //parse
            std::stringstream ss(http_request.request_line);
            ss>>http_request.method>>http_request.uri>>http_request.version;
            //toupper
            auto& mt = http_request.method;
            std::transform(mt.begin(),mt.end(),mt.begin(),::toupper);

            size_t pos = http_request.path.rfind(".");
            if(pos != std::string::npos){
                http_request.suffix = http_request.path.substr(pos+1);
            }
            return stop;
      }

      int Recv_Parse_HttpRequest_Head(){
            //recv
            std::string line = "";
            while(true){
                line.clear();
                if(Utility::ReadLine(sock,line)<=0){
                  stop = true;
                  return stop;
                }
                if(line == "\n"){
                  http_request.blank = line;
                  break;
                }
                line.back() = 0;
                http_request.request_header.push_back(line);
                LOG(INFO,line);
            }

            //parse
            for(auto& item:http_request.request_header) {
                std::string key,value;
                Utility::CutString(item,key,value,": ");
                http_request.request_header_kv = value;
            }
            return stop;
      }

      int Recv_HttpRequest_Body(){
            auto& mt = http_request.method;
            if(mt == "POST"){
                auto item = http_request.request_header_kv.find("Content-Length");
                if(item != http_request.request_header_kv.end()){
                  http_request.content_length = atoi(item->second.c_str());
                  int size = http_request.content_length;
                  while(size){
                        char ch;
                        size_t s = recv(sock,&ch,1,0);
                        if(s > 0){
                            http_request.request_body.push_back(ch);
                            size--;
                        }
                        else if(s == 0){
                            break;
                        }
                        else {
                            stop = true;
                            return stop;
                            LOG(ERROR,"Recv RequestBody Error");
                            exit(1);
                        }
                  }
                }
            }
            return stop;
      }

      void Build_HttpResbonse(){
            http_request.path = "wwwroot";
            auto& mt = http_request.method;
            std::string tmp;
            struct stat buf;

            //检查方法是否合法
            if(mt!= "GET" && mt != "POST"){
                LOG(INFO,"Request Method Is Not Law!");
                http_resbonse.status_code = NOT_FOUND;
                goto END;
            }
            if(mt == "GET"){
                //如果是get方法,检查是否带参
                size_t pos = http_request.uri.find("?");
                if(pos != std::string::npos){
                  Utility::CutString(http_request.uri,tmp,http_request.query,"?");
                  http_request.cgi = true;
                }
                else {
                  tmp = http_request.uri;
                }
            }
            else if(mt == "POST"){
                tmp = http_request.uri;
                http_request.cgi = true;
            }
            else{}


            //拼接web根目录
            http_request.path += tmp;
            if(http_request.path.back() == '/'){
                http_request.path += "index.html";
            }

            //检查资源是否存在
            if(!stat(http_request.path.c_str(),&buf)){
                //检查资源是否是目录
                if(S_ISDIR(buf.st_mode)){
                  http_request.path += "/";
                  http_request.path += "index.html";
                  stat(http_request.path.c_str(),&buf);
                }//检查资源是否是可自行文件
                else if((S_IXUSR & buf.st_mode)||(S_IXGRP & buf.st_mode)||(S_IXOTH & buf.st_mode)){
                  http_request.cgi = true;
                }
                http_request.size = buf.st_size;
            }
            else {
                LOG(INFO,http_request.path +"Resorce Is Not Exist");
                http_resbonse.status_code = NOT_FOUND;
                goto END;
            }

            if(http_request.cgi){
                http_resbonse.status_code = HandlerCgi();
            }
            else{
                http_resbonse.status_code = HandlerNonCgi();
            }
END:
            Build_HttpResbonseHelper();
      }

      int HandlerNonCgi(){
            auto& path = http_request.path;
            http_resbonse.fd = open(path.c_str(),O_RDONLY);
            if(http_resbonse.fd > 0){
                return OK;
            }
            return NOT_FOUND;

      }
      int HandlerCgi(){
            auto& bin = http_request.path;
            auto& query_get = http_request.query;
            auto& query_post = http_request.request_body;
            int upfd,downfd;
            if(pipe(upfd)<0 || pipe(downfd)<0){
                LOG(ERROR,"PIPE ERROR");
                return ERROR_SERVER;
            }

            pid_t pid = fork();
            if(pid == 0){
                close(upfd);
                close(downfd);

                dup2(downfd,0);
                dup2(upfd,1);

               std::string method = "METHOD=";
                method += http_request.method;
                putenv((char*)method.c_str());         

                if(http_request.method == "GET"){
                  std::string query = "QUERY=";
                  query += query_get;
                  putenv((char*)query.c_str());
                }
                else if(http_request.method == "POST"){
                  int cl = http_request.content_length;
                  std::string content_length = "CONTENT_LENGTH=";
                  content_length += std::to_string(cl);
                  putenv((char*)content_length.c_str());
                }

                execl(bin.c_str(),bin.c_str(),nullptr);

                exit(1);
            }
            else if(pid > 0){
                close(upfd);
                close(downfd);

                std::string& method = http_request.method;

                if(method == "POST"){
                  const char* query = query_post.c_str();
                  ssize_t total = 0,size = 0;
                  while(total < http_request.content_length && \
                            (size = write(downfd,query+total,http_request.content_length - total)) > 0){
                        total += size;
                  }
                }

                std::string& body = http_resbonse.resbonse_body;
                char ch = 0;
                while(read(upfd,&ch,1) > 0){
                  body.push_back(ch);
                }
                int status = 0;
                int ret = waitpid(pid,&status,0);
                if(ret == pid){
                  if(WIFEXITED(status) && !WEXITSTATUS(status)){
                        return OK;
                  }
                  else {
                        LOG(ERROR,"----------");
                        return ERROR_SERVER;
                  }
                }
                close(upfd);
                close(downfd);
            }
            else{
                LOG(ERROR,"Create SonProcess Unsucess");
                return 404;
            }
      }

      void Build_HttpResbonseHelper(){
            int code = http_resbonse.status_code;
            auto& status_line = http_resbonse.resbonse_line;
            status_line = VERSION;
            status_line += " ";
            status_line += std::to_string(code);
            status_line += " ";
            status_line += StatusCodeDesc(code);
            status_line += LINE_END;

            if(code == 200){
                BuildOKResbonse();
            }
            else {
                BuildErrorResbonse(code);
            }
      }
      void BuildOKResbonse(){
            std::string line = "Content-Length: ";
            if(http_request.cgi){
                line += std::to_string(http_resbonse.resbonse_body.size());
            }
            else {
                line += std::to_string(http_request.size);
            }
            line+=LINE_END;
            http_resbonse.resbonse_header.push_back(line);

            line = "Content-Type: ";
            line += SuffixDesc(http_request.suffix);
            line += LINE_END;
            http_resbonse.resbonse_header.push_back(line);
      }
      void BuildErrorResbonse(int code){
            http_request.cgi = false;
            std::string page = GetErrorFile(code);
            std::cout<<"page"<<page<<std::endl;
            http_resbonse.fd = open(page.c_str(),O_RDONLY);
            if(http_resbonse.fd > 0){
                struct stat buf;
                stat(page.c_str(),&buf);
                http_request.size = buf.st_size;

                std::string line = "Content-type: text/html";
                line += LINE_END;
                http_resbonse.resbonse_header.push_back(line);

                line = "Content-Length: ";
                line += std::to_string(buf.st_size);
                line += LINE_END;
                http_resbonse.resbonse_header.push_back(line);
            }
            
      }

      void Send_HttpResbonse(){
            auto& line = http_resbonse.resbonse_line;

            send(sock,line.c_str(),line.size(),0);
            for(auto& item : http_resbonse.resbonse_header){
                send(sock,item.c_str(),item.size(),0);
            }
            send(sock,http_resbonse.blank.c_str(),http_resbonse.blank.size(),0);
            if(http_request.cgi){
                send(sock,http_resbonse.resbonse_body.c_str(),http_resbonse.resbonse_body.size(),0);
            }
            else {
                sendfile(sock,http_resbonse.fd,nullptr,http_request.size);
                close(http_resbonse.fd);
            }
      }

      ~EndPoint(){
            close(sock);
      }
};
2.5 CGI技能
   int HandlerCgi(){
            auto& bin = http_request.path;
            auto& query_get = http_request.query;
            auto& query_post = http_request.request_body;
            int upfd,downfd;
            if(pipe(upfd)<0 || pipe(downfd)<0){
                LOG(ERROR,"PIPE ERROR");
                return ERROR_SERVER;
            }

            pid_t pid = fork();
            if(pid == 0){      //子进程导入环境变量
                close(upfd);
                close(downfd);

                dup2(downfd,0);
                dup2(upfd,1);

               std::string method = "METHOD=";
                method += http_request.method;
                putenv((char*)method.c_str());         

                if(http_request.method == "GET"){
                  std::string query = "QUERY=";
                  query += query_get;
                  putenv((char*)query.c_str());
                }
                else if(http_request.method == "POST"){
                  int cl = http_request.content_length;
                  std::string content_length = "CONTENT_LENGTH=";
                  content_length += std::to_string(cl);
                  putenv((char*)content_length.c_str());
                }

                execl(bin.c_str(),bin.c_str(),nullptr);

                exit(1);
            }
            else if(pid > 0){    //父进程写入数据 和 读取数据
                close(upfd);
                close(downfd);

                std::string& method = http_request.method;

                if(method == "POST"){
                  const char* query = query_post.c_str();
                  ssize_t total = 0,size = 0;
                  while(total < http_request.content_length && \
                            (size = write(downfd,query+total,http_request.content_length - total)) > 0){
                        total += size;
                  }
                }

                std::string& body = http_resbonse.resbonse_body;
                char ch = 0;
                while(read(upfd,&ch,1) > 0){
                  body.push_back(ch);
                }
                int status = 0;
                int ret = waitpid(pid,&status,0);
                if(ret == pid){
                  if(WIFEXITED(status) && !WEXITSTATUS(status)){
                        return OK;
                  }
                  else {
                        LOG(ERROR,"----------");
                        return ERROR_SERVER;
                  }
                }
                close(upfd);
                close(downfd);
            }
            else{
                LOG(ERROR,"Create SonProcess Unsucess");
                return 404;
            }
      }
test_cgi
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <string>
#include <unistd.h>
bool GetQuery(std::string& query){
    std::string method = getenv("METHOD");
    if(method == "GET"){
      query = getenv("QUERY");
    }
    else if(method == "POST"){
      int content_length = atoi(getenv("CONTENT_LENGTH"));
      char ch = 0;
      while(content_length){
            ssize_t s = read(0,&ch,1);
            if(s>0){
                content_length--;
                query.push_back(ch);
            }
            else if(s == 0){
                break;
            }
            else{
                return false;
            }
      }
    }
    return true;
}

void CutQuery(std::string& tar,std::string& key,std::string& value,const std::string& sep){
    size_t pos = tar.find(sep);
    if(pos != std::string::npos){
      key = tar.substr(0,pos);
      value = tar.substr(pos+sep.size());
    }
}

int main(){
    std::string query;
    GetQuery(query);

    std::string str1,str2;
    std::string name1,name2;
    std::string value1,value2;
    CutQuery(query,str1,str2,"&");
    CutQuery(str1,name1,value1,"=");
    CutQuery(str2,name2,value2,"=");

    std::cout<<name1<<":"<<value1<<std::endl;
    std::cout<<name2<<":"<<value2<<std::endl;
    return 0;
}
2.5 线程池技能


#pragma once
#include <iostream>
#include "Task.hpp"
#include <pthread.h>
#include <queue>
#define NUM 10

class ThreadPool{
    private:
      int num;
      std::queue<TASK> TaskQueue;
      pthread_mutex_t lock;
      pthread_cond_t cond;
      ThreadPool(int _num = NUM):num(_num){
            pthread_mutex_init(&lock,nullptr);
            pthread_cond_init(&cond,nullptr);
      }
      ThreadPool(const ThreadPool& TP){}
      ~ThreadPool(){
            pthread_mutex_destroy(&lock);
            pthread_cond_destroy(&cond);
      }
      static ThreadPool* tp;
    public:

      static ThreadPool* GetInstance(int _num = NUM){
         static pthread_mutex_t t = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
            if(tp == nullptr){
                pthread_mutex_lock(&t);
                if(tp == nullptr){
                  tp = new ThreadPool(_num);
                  tp->InitThreadPool();
                }
                pthread_mutex_unlock(&t);
            }
            return tp;
      }

      static void* ThreadRoutine(void* arg){
            ThreadPool* tp = (ThreadPool*)arg;
            while(true){
                TASK task;
                tp->Lock();
                while(tp->IsEmpty()){
                  tp->ThreadWait();
                }
                tp->PopTask(task);
                tp->Unlock();
                task.ProcessOn();
            }
      }
      bool InitThreadPool(){
            for(int i = 0; i< num;i++){
                pthread_t tid;
                if(0 != pthread_create(&tid,nullptr, ThreadRoutine,this)){
                  LOG(FATAL,"create pthread unsucess");
                  return false;
                }
            }
            return true;
      }
      void Lock(){
            pthread_mutex_lock(&lock);
      }
      void Unlock(){
            pthread_mutex_unlock(&lock);
      }
      void ThreadWait(){
            pthread_cond_wait(&cond,&lock);
      }
      void ThreadWakeup(){
            pthread_cond_signal(&cond);
      }
      bool IsEmpty(){
            return TaskQueue.size() == 0 ? true:false;
      }
      void PushTask(const TASK& task){
            Lock();
            TaskQueue.push(task);
            Unlock();                           
            ThreadWakeup();
            //Routine函数中cond_wait用while循环判断主要是解锁和唤醒代码的顺序问题
            //如果先解锁,那么就会有其他进程抢到锁开始执行后续,但不一定是等待进程在执行
            //所以当后面唤醒等待进程时候,可能会发现任务队列仍然为空,但却继续往下执行,这不符合我们的逻辑
      }
      void PopTask(TASK& task){
            task = TaskQueue.front();
            TaskQueue.pop();
      }
};
ThreadPool* ThreadPool::tp = nullptr;

3、项目总结

   聚焦于处理HTTP的哀求和构建对应响应; 我们紧张研究基于 HTTP/1.0 短连接 的GET和POST方法;获得哀求,分析哀求,错误处理等; 制定特定的网页src用于返回; 引入简单的日志体系
搭建CGI机制;父子管道,计划dup2重定向,情况变量传参等
引入线程池;接纳多线程技能,缓解内存开销.

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