C++初级项目-webserver（1）_c++ webserver

1.引言

Web服务器是一个基于Linux的简单的服务器程序，其主要功能是接收HTTP请求并发送HTTP响应，从而使客户端能够访问网站上的内容。本项目旨在使用C++语言，基于epoll模型实现一个简单的Web服务器。选择epoll模型是为了高效地处理大量并发连接。

2.项目概览

这个项目的目标是实现一个简单的Web服务器，可以处理基本的HTTP请求并发送相应的HTTP响应。项目结构包括服务器初始化、Epoll模型的使用、事件处理循环、HTTP请求处理、文件发送、错误处理等关键模块。技术和工具方面使用了C++语言、epoll模型以及socket编程。

根据这个服务器可以实现下面的功能，打开Linux环境下的文件。

在浏览器上面的搜索栏输入http://192.168.44.3:9999/hanzi.c

192.168.44.3是Linux环境的本机IP地址，9999是端口号，hanzi.c是打开的文件名

3.Epoll模型

1. 基本概念和优势

• Epoll简介：Epoll（Event Poll）是Linux内核为处理大量文件描述符而设计的一种高效的I/O事件通知机制。它允许程序监视多个文件描述符上的事件状态，而无需轮询这些文件描述符。

• 优势：

  • 高效的事件通知机制：Epoll使用基于事件的机制，只有当事件发生时才会通知应用程序，避免了轮询的开销。
  • 支持大量并发连接： 适用于处理大量并发连接的场景，能够有效管理数以千计的文件描述符。
  • 适用于非阻塞I/O： 与非阻塞模型结合使用，使得应用程序能够同时处理多个连接而不被阻塞。

2. 创建Epoll树和添加文件描述符

// 创建epoll树
int epfd = epoll_create(1024);
if (epfd < 0) {
    perror("epoll_create error");
    close(lfd);
    return -1;
}
 
// 将监听文件描述符lfd添加到epoll树上
struct epoll_event ev;
ev.data.fd = lfd;
ev.events = EPOLLIN;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, lfd, &ev);

• epoll_create： 创建一个epoll实例，返回一个用于标识该实例的文件描述符。
• epoll_ctl： 控制epoll实例的行为，可以用于注册、修改或删除文件描述符。

3. Epoll事件处理循环

int nready;
struct epoll_event events[1024];
while (1) {
    // 等待事件发生
    nready = epoll_wait(epfd, events, 1024, -1);
    if (nready < 0) {
        if (errno == EINTR) {
            continue;
        }
        break;
    }
 
    for (int i = 0; i < nready; i++) {
        int sockfd = events[i].data.fd;
 
        // 处理监听文件描述符lfd上的事件
        if (sockfd == lfd) {
            // 接受新的客户端连接
            int cfd = Accept(lfd, NULL, NULL);
 
            // 设置cfd为非阻塞
            int flag = fcntl(cfd, F_GETFL);
            flag |= O_NONBLOCK;
            fcntl(cfd, F_SETFL, flag);
 
            // 将新的cfd添加到epoll树上
            ev.data.fd = cfd;
            ev.events = EPOLLIN;
            epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, cfd, &ev);
        } else {
            // 处理客户端数据
            http_request(sockfd);
        }
    }
}

• epoll_wait： 等待事件发生，返回就绪事件的数量。
• events数组： 存储发生事件的文件描述符和事件类型。
• EPOLLIN： 表示文件描述符上有可读数据。
• Accept函数： 用于接受新的客户端连接。
• fcntl函数： 用于设置文件描述符的属性，将其设置为非阻塞。

通过这样的Epoll模型，服务器能够高效地处理并发连接，只在有事件发生时才进行相应的处理，避免了不必要的轮询。

4. 事件处理循环

1. 服务器主循环

服务器的主循环是一个持续运行的事件处理循环，通过调用等待事件的发生。一旦有事件发生，主循环将负责处理这些事件。epoll_wait

• epoll_wait： 等待事件发生，返回就绪事件的数量。
• events数组： 存储发生事件的文件描述符和事件类型。
• EPOLLIN： 表示文件描述符上有可读数据。
• Accept函数： 用于接受新的客户端连接。
• fcntl函数： 用于设置文件描述符的属性，将其设置为非阻塞。

2. 处理连接请求和客户端数据

在主循环中，通过判断就绪事件的文件描述符，可以区分是监听文件描述符lfd上的连接请求还是客户端文件描述符上的数据到达事件。

// 处理监听文件描述符lfd上的事件
if (sockfd == lfd) {
    // 接受新的客户端连接
    int cfd = Accept(lfd, NULL, NULL);
 
    // 设置cfd为非阻塞
    int flag = fcntl(cfd, F_GETFL);
    flag |= O_NONBLOCK;
    fcntl(cfd, F_SETFL, flag);
 
    // 将新的cfd添加到epoll树上
    ev.data.fd = cfd;
    ev.events = EPOLLIN;
    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, cfd, &ev);
} else {
    // 处理客户端数据
    http_request(sockfd);
}

如果是监听文件描述符lfd上的事件，表示有新的客户端连接请求，通过函数接受连接，并将新的客户端文件描述符设置为非阻塞，然后将其添加到epoll树上，监听其读事件。Accept

如果是客户端文件描述符上的事件，表示有数据到达，调用函数处理客户端的HTTP请求。http_request

通过这样的事件处理循环，服务器能够实时响应连接请求### 事件处理循环.

5.HTTP请求处理

1. 解析HTTP请求行

在处理客户端数据时，首先需要解析HTTP请求行，提取请求类型、文件名和协议版本。这是通过读取客户端发送的数据并解析其中的信息来实现的。

此代码从客户端文件描述符sockfd中读取HTTP请求行数据，然后使用函数解析出请求类型（GET、POST等）、文件名和协议版本。这样，服务器就能了解客户端请求的基本信息。sscanf

2. 区分请求类型，处理GET请求
在得到请求类型后，服务器通常需要根据不同的请求类型采取不同的处理方式。以下是处理GET请求的简化示例：

//判断文件是否存在
    struct stat st;
    if(stat(pFile, &st)<0)
    {
        printf("file not exist\n");
         
        //发送头部信息
        send_header(cfd, "404", "NOT FOUND", get_mime_type(".html"), 0);
         
        //发送文件内容
        send_file(cfd, "error.html");   
    }
    else //若文件存在
    {
        //判断文件类型
        //普通文件
        if(S_ISREG(st.st_mode))
        {
            printf("file exist\n");
            //发送头部信息
            send_header(cfd, "200", "OK", get_mime_type(pFile), st.st_size);
             
            //发送文件内容
            send_file(cfd, pFile);
        }
        //目录文件
        else if(S_ISDIR(st.st_mode))
        {
             
        }
    }

在这个例子中，如果是GET请求，服务器首先检查请求的文件是否存在。如果文件存在，就发送HTTP响应头，然后发送文件内容;如果文件不存在，就发送404错误页面。对于其他类型的请求（非GET请求），服务器返回501 Not Implemented的错误响应。

6.完整代码和项目包

webserver.c

//web服务端程序--使用epoll模型
#include <unistd.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <dirent.h>
 
#include "pub.h"
#include "wrap.h"
 
int http_request(int cfd);
 
int main()
{
    //改变当前进程的工作目录
    char path[255] = {0};
    sprintf(path, "%s/%s", getenv("HOME"), "webpath");
    chdir(path);
     
    //创建socket--设置端口复用---bind
    int lfd = tcp4bind(9999, NULL);
     
    //设置监听
    Listen(lfd, 128);
 
    //创建epoll树
    int epfd = epoll_create(1024);
    if(epfd<0)
    {
        perror("epoll_create error");
        close(lfd);
        return -1;
    }
     
    //将监听文件描述符lfd上树
    struct epoll_event ev;
    ev.data.fd = lfd;
    ev.events = EPOLLIN;
    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, lfd, &ev);
     
    int i;
    int cfd;
    int nready;
    int sockfd;
    struct epoll_event events[1024];
    while(1)
    {
        //等待事件发生
        nready = epoll_wait(epfd, events, 1024, -1);
        if(nready<0)
        {
            if(errno==EINTR)
            {
                continue;
            }
            break;
        }
         
        for(i=0; i<nready; i++)
        {
            sockfd = events[i].data.fd;
            //有客户端连接请求
            if(sockfd==lfd)
            {
                //接受新的客户端连接
                cfd = Accept(lfd, NULL, NULL);
                 
                //设置cfd为非阻塞
                int flag = fcntl(cfd, F_GETFL);
                flag |= O_NONBLOCK;
                fcntl(cfd, F_SETFL, flag);
                 
                //将新的cfd上树
                ev.data.fd = cfd;
                ev.events = EPOLLIN;
                epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, cfd, &ev);
            }
            else
            {
                //有客户端数据发来
                http_request(cfd);
            }           
        }       
    }
}
 
int send_header(int cfd, char *code, char *msg, char *fileType, int len)
{
    char buf[1024] = {0};
    sprintf(buf, "HTTP/1.1 %s %s\r\n", code, msg);
    sprintf(buf+strlen(buf), "Content-Type:%s\r\n", fileType);
    if(len>0)
    {
        sprintf(buf+strlen(buf), "Content-Length:%d\r\n", len);
    }
    strcat(buf, "\r\n");
    Write(cfd, buf, strlen(buf));
    return 0;
}
 
int send_file(int cfd, char *fileName)
{
    //打开文件
    int fd = open(fileName, O_RDONLY);
    if(fd<0)
    {
        perror("open error");
        return -1;
    }
     
    //循环读文件, 然后发送
    int n;
    char buf[1024];
    while(1)
    {
        memset(buf, 0x00, sizeof(buf));
        n = read(fd, buf, sizeof(buf));
        if(n<=0)
        {
            break;
        }
        else
        {
            Write(cfd, buf, n);
        }
    }
}
 
int http_request(int cfd)
{
    int n;
    char buf[1024];
    //读取请求行数据, 分析出要请求的资源文件名
    memset(buf, 0x00, sizeof(buf));
    Readline(cfd, buf, sizeof(buf));
    printf("buf==[%s]\n", buf);
    //GET /hanzi.c HTTP/1.1
    char reqType[16] = {0};
    char fileName[255] = {0};
    char protocal[16] = {0};
    sscanf(buf, "%[^ ] %[^ ] %[^ \r\n]", reqType, fileName, protocal);
    printf("[%s]\n", reqType);
    printf("[%s]\n", fileName);
    printf("[%s]\n", protocal);
     
    char *pFile = fileName+1;
    printf("[%s]\n", pFile);
     
    //循环读取完剩余的数据
    while((n=Readline(cfd, buf, sizeof(buf)))>0);
     
    //判断文件是否存在
    struct stat st;
    if(stat(pFile, &st)<0)
    {
        printf("file not exist\n");
         
        //发送头部信息
        send_header(cfd, "404", "NOT FOUND", get_mime_type(".html"), 0);
         
        //发送文件内容
        send_file(cfd, "error.html");   
    }
    else //若文件存在
    {
        //判断文件类型
        //普通文件
        if(S_ISREG(st.st_mode))
        {
            printf("file exist\n");
            //发送头部信息
            send_header(cfd, "200", "OK", get_mime_type(pFile), st.st_size);
             
            //发送文件内容
            send_file(cfd, pFile);
        }
        //目录文件
        else if(S_ISDIR(st.st_mode))
        {
             
        }
    }
}

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