Write your own http server
author : Kevin Lynx
Why write your own?
看這個問題的人證明你知道什么是http server，世界上有很多各種規(guī)模的http server，為什么要自己實現(xiàn)一個？其實沒什么
理由。我自己問自己，感覺就是在自己娛樂自己，或者說只是練習(xí)下網(wǎng)絡(luò)編程，或者是因為某日我看到某個庫宣稱自己附帶一個小
型的http server時，我不知道是什么東西，于是就想自己去實現(xiàn)一個。
What's httpd ?
httpd就是http daemon，這個是類unix系統(tǒng)上的名稱，也就是http server。httpd遵循HTTP協(xié)議，響應(yīng)HTTP客戶端的request，
然后返回response。
那么，什么是HTTP協(xié)議？最簡單的例子，就是你的瀏覽器與網(wǎng)頁服務(wù)器之間使用的應(yīng)用層協(xié)議。雖然官方文檔說HTTP協(xié)議可以
建立在任何可靠傳輸?shù)膮f(xié)議之上，但是就我們所見到的，HTTP還是建立在TCP之上的。
httpd最簡單的response是返回靜態(tài)的HTML頁面。在這里我們的目標(biāo)也只是一個響應(yīng)靜態(tài)網(wǎng)頁的httpd而已(也許你愿意加入CGI
特性)。
More details about HTTP protocol
在這里有必要講解HTTP協(xié)議的更多細(xì)節(jié)，因為我們的httpd就是要去解析這個協(xié)議。
關(guān)于HTTP協(xié)議的詳細(xì)文檔，可以參看rfc2616。但事實上對于實現(xiàn)一個簡單的響應(yīng)靜態(tài)網(wǎng)頁的httpd來說，完全沒必要讀這么一
分冗長的文檔。在這里我推薦<HTTP Made Really Easy>，以下內(nèi)容基本取自于本文檔。
- HTTP協(xié)議結(jié)構(gòu)
HTTP協(xié)議無論是請求報文(request message)還是回應(yīng)報文(response message)都分為四部分：
* 報文頭 (initial line )
* 0個或多個header line
* 空行(作為header lines的結(jié)束)
* 可選body
HTTP協(xié)議是基于行的協(xié)議，每一行以\r\n作為分隔符。報文頭通常表明報文的類型(例如請求類型)，報文頭只占一行；header line
附帶一些特殊信息，每一個header line占一行，其格式為name:value，即以分號作為分隔；空行也就是一個\r\n；可選body通常
包含數(shù)據(jù)，例如服務(wù)器返回的某個靜態(tài)HTML文件的內(nèi)容。舉個例子，以下是一個很常見的請求報文，你可以截獲瀏覽器發(fā)送的數(shù)據(jù)
包而獲得：
1 GET /index.html HTTP/1.1
2 Accept-Language: zh-cn
3 Accept-Encoding: gzip, deflate
4 User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 6.0; Windows NT 5.1; SV1; .NET CLR 2.0.50727; MAXTHON 2.0)
5 Host: localhost
6 Connection: Keep-Alive
7
我為每一行都添加了行號，第1行就是initial line，2-6行是header lines，7行是一個header line的結(jié)束符，沒有顯示出來。
以下是一個回應(yīng)報文：
1 HTTP/1.1 200 OK
2 Server: klhttpd/0.1.0
3 Content-Type: text/html
4 Content-Length: 67
5
6 <head><head><title>index.html</title></head><body>index.html</body>
第6行就是可選的body，這里是index.html這個文件的內(nèi)容。
- HTTP request method
因為我們做的事服務(wù)器端，所以我們重點對請求報文做說明。首先看initial line，該行包含幾個字段，每個字段用空格分開，例
如以上的GET /index.html HTTP/1.1就可以分為三部分：GET、/index.html、HTTP/1.1。其中第一個字段GET就是所謂的request
method。它表明請求類型，HTTP有很多method，例如：GET、POST、HEAD等。
就我們的目標(biāo)而言，我們只需要實現(xiàn)對GET和HEAD做響應(yīng)即可。
GET是最普遍的method，表示請求一個資源。什么是資源？諸如HTML網(wǎng)頁、圖片、聲音文件等都是資源。順便提一句，HTTP協(xié)議
中為每一個資源設(shè)置一個唯一的標(biāo)識符，就是所謂的URI(更寬泛的URL)。
HEAD與GET一樣，不過它不請求資源內(nèi)容，而是請求資源信息，例如文件長度等信息。
- More detail
繼續(xù)說說initial line后面的內(nèi)容：
對應(yīng)于GET和HEAD兩個method，緊接著的字段就是資源名，其實從這里可以看出，也就是文件名(相對于你服務(wù)器的資源目錄)，例
如這里的/index.html；最后一個字段表明HTTP協(xié)議版本號。目前我們只需要支持HTTP1.1和1.0，沒有多大的技術(shù)差別。
然后是header line。我們并不需要關(guān)注每一個header line。我只羅列有用的header line :
- Host : 對于HTTP1.1而言，請求報文中必須包含此header，如果沒有包含，服務(wù)器需要返回bad request錯誤信息。
- Date : 用于回應(yīng)報文，用于客戶端緩存數(shù)據(jù)用。
- Content-Type : 用于回應(yīng)報文，表示回應(yīng)資源的文件類型，以MIME形式給出。什么是MIME？它們都有自己的格式，例如：
text/html, image/jpg, image/gif等。
- Content-Length : 用于回應(yīng)報文，表示回應(yīng)資源的文件長度。
body域很簡單，你只需要將一個文件全部讀入內(nèi)存，然后附加到回應(yīng)報文段后發(fā)送即可，即使是二進制數(shù)據(jù)。
- 回應(yīng)報文
之前提到的一個回應(yīng)報文例子很典型，我們以其為例講解。首先是initial line，第一個字段表明HTTP協(xié)議版本，可以直接以請求
報文為準(zhǔn)(即請求報文版本是多少這里就是多少)；第二個字段是一個status code，也就是回應(yīng)狀態(tài)，相當(dāng)于請求結(jié)果，請求結(jié)果
被HTTP官方事先定義，例如200表示成功、404表示資源不存在等；最后一個字段為status code的可讀字符串，你隨便給吧。
回應(yīng)報文中最好跟上Content-Type、Content-Length等header。
具體實現(xiàn)
正式寫代碼之前我希望你能明白HTTP協(xié)議的這種請求/回應(yīng)模式，即客戶端發(fā)出一個請求，然后服務(wù)器端回應(yīng)該請求。然后繼續(xù)
這個過程(HTTP1.1是長連接模式，而HTTP1.0是短連接，當(dāng)服務(wù)器端返回第一個請求時，連接就斷開了)。
這里，我們無論客戶端，例如瀏覽器，發(fā)出什么樣的請求，請求什么資源，我們都回應(yīng)相同的數(shù)據(jù)：
/**//* 阻塞地接受一個客戶端連接 */
SOCKET con = accept( s, 0, 0 );
/**//* recv request */
char request[1024] = 
{ 0 };
ret = recv( con, request, sizeof( request ), 0 );
printf( request );
/**//* whatever we recv, we send 200 response */
{
char content[] = "<head><head><title>index.html</title></head><body>index.html</body>";
char response[512];
sprintf( response, "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type: text/html\r\nContent-Length: %d\r\n\r\n%s", strlen( content ), content );
ret = send( con, response, strlen( response ), 0 );
}
closesocket( con );
程序以最簡單的阻塞模式運行，我們可以將重點放在協(xié)議的分析上。運行程序，在瀏覽器里輸入http://localhost:8080/index.html
，然后就可以看到瀏覽器正常顯示content中描述的HTML文件。假設(shè)程序在8080端口監(jiān)聽。
現(xiàn)在你基本上明白了整個工作過程，我們可以把代碼寫得更全面一點，例如根據(jù)GET的URI來載入對應(yīng)的文件然后回應(yīng)給客戶端。
其實這個很簡單，只需要從initial line里解析出(很一般的字符串解析)URI字段，然后載入對應(yīng)的文件即可。例如以下函數(shù)：
void http_response( SOCKET con, const char *request )
{
/**//* get the method */
char *token = strtok( request, " " );
char *uri = strtok( 0, " " );
char file[64];
sprintf( file, ".%s", uri );
{
/**//* load the file content */
FILE *fp = fopen( file, "rb" );
if( fp == 0 )
{
/**//* response 404 status code */
char response[] = "HTTP/1.1 404 NOT FOUND\r\n\r\n";
send( con, response, strlen( response ), 0 );
}
else
{
/**//* response the resource */
/**//* first, load the file */
int file_size ;
char *content;
char response[1024];
fseek( fp, 0, SEEK_END );
file_size = ftell( fp );
fseek( fp, 0, SEEK_SET );
content = (char*)malloc( file_size + 1 );
fread( content, file_size, 1, fp );
content[file_size] = 0;
sprintf( response, "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type: text/html\r\nContent-Length: %d\r\n\r\n%s", file_size, content );
send( con, response, strlen( response ), 0 );
free( content );
}
}
}
其他
要將這個簡易的httpd做完善，我們還需要注意很多細(xì)節(jié)。包括：對不支持的method返回501錯誤；對于HTTP1.1要求有Host這個
header；為了支持客戶端cache，需要添加Date header；支持HEAD請求等。
相關(guān)下載中我提供了一個完整的httpd library，純C的代碼，在其上加上一層資源載入即可實現(xiàn)一個簡單的httpd。在這里我將
對代碼做簡要的說明：
evbuffer.h/buffer.c ： 取自libevent的buffer，用于緩存數(shù)據(jù)；
klhttp-internal.h/klhttp-internal.c ：主要用于處理/解析HTTP請求，以及創(chuàng)建回應(yīng)報文；
klhttp-netbase.h/klhttp-netbase.c ：對socket api的一個簡要封裝，使用select模型；
klhttp.h/klhttp.c ：庫的最上層，應(yīng)用層主要與該層交互，這一層主要集合internal和netbase。
test_klhttp.c ：一個測試?yán)印?
相關(guān)下載：
klhttpd
文中相關(guān)代碼
參考資料：
http://www.w3.org/Protocols/rfc2616/rfc2616.html
http://jmarshall.com/easy/http/
http://www.w3.org/Protocols/rfc2616/rfc2616-sec9.html