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TinyHttpd运行与源码注释

zidea 2022-04-17 阅读 82
http

TinyHttpd运行与源码注释

1. 运行

1.1 修改makefile

	all: httpd
	# 注释掉 -lsocket
	LIBS = -lpthread #-lsocket  
	httpd: httpd.c
		gcc -g -W -Wall $(LIBS) -o $@ $<
	clean:
		rm httpd

1.2 修改cgi文件

  1. 修改文件权限。

    sudo chmod 777 *.cgi 
    sudo chmod 666 index.html
    

    修改完后权限如下:
    在这里插入图片描述

  2. 修改cgi文件。
    修改./htdocs/color.cgi文件,由于tinyhttpd默认cgi脚本是perl脚本。默认#!/usr/local/bin/perl -Tw 需要修改成本机的位置。
    本机的位置通过which perl 命令查看。 我的是 usr/bin/perl。
    在这里插入图片描述
    则修改为:
    在这里插入图片描述

  3. 颜色不变化,报错如下。
    在这里插入图片描述
    原因:CGI未安装。
    解决:
    yum安装CGI。 命令:yum install perl-CGI。
    查看是否安装成功。命令:perl -MCGI -e 'print "CGI.pm version $CGI::VERSION\n;"'
    在这里插入图片描述

1.3 解决警告

make时存在此警告。原因在284行中 execl(path, NULL); 中参数个数不够。修改为 execl(path,query_string, NULL);
在这里插入图片描述

1.4 运行过程

  1. make,生成httpd执行文件。
  2. ./httpd,执行httpd文件,在端口54335.
    在这里插入图片描述
  3. 在浏览器中输入127.0.0.1:54335,出现页面如下:
    在这里插入图片描述
  4. 输入一个颜色进行跳转,并显示对应颜色。
    在这里插入图片描述

2. 执行过程

  1. 代码执行过程:
    在这里插入图片描述

  2. TCP 的CS模型通信过程。
    在这里插入图片描述

  3. http请求格式:请求行、请求头部、空行、请求数据
    在这里插入图片描述

  4. http响应格式:状态行、消息报头、空行、响应正文
    在这里插入图片描述
    PS:HTTP状态码

3. 源码注释

源码阅读顺序: main -> startup -> accept_request -> execute_cgi。

#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>
#include <stdint.h>

#define ISspace(x) isspace((int)(x))

#define SERVER_STRING "Server: jdbhttpd/0.1.0\r\n"
#define STDIN   0
#define STDOUT  1
#define STDERR  2

void accept_request(void*);
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(void* arg)
{
    int client = (intptr_t)arg;
    char buf[1024];
    size_t numchars;
    char method[255];
    char url[255];
    char path[512];
    size_t i, j;
    struct stat st; // 获取文件信息
        //struct stat{
        //   dev_t     st_dev;     /* ID of device containing file */文件使用的设备号
        //   ino_t     st_ino;     /* inode number */    索引节点号 
        //   mode_t    st_mode;    /* protection */  文件对应的模式,文件,目录等
        //   nlink_t   st_nlink;   /* number of hard links */    文件的硬连接数  
        //   uid_t     st_uid;     /* user ID of owner */    所有者用户识别号
        //   gid_t     st_gid;     /* group ID of owner */   组识别号  
        //   dev_t     st_rdev;    /* device ID (if special file) */ 设备文件的设备号
        //   off_t     st_size;    /* total size, in bytes */ 以字节为单位的文件容量   
        //   blksize_t st_blksize; /* blocksize for file system I/O */ 包含该文件的磁盘块的大小   
        //   blkcnt_t  st_blocks;  /* number of 512B blocks allocated */ 该文件所占的磁盘块  
        //   time_t    st_atime;   /* time of last access */ 最后一次访问该文件的时间   
        //   time_t    st_mtime;   /* time of last modification */ /最后一次修改该文件的时间   
        //   time_t    st_ctime;   /* time of last status change */ 最后一次改变该文件状态的时间   
        //};
    int cgi = 0;      /* becomes true if server decides this is a CGI program */
    char* query_string = NULL;

    numchars = get_line(client, buf, sizeof(buf));
    i = 0; j = 0;
     //buf的内容: GET / HTTP/1.1 或
     //           GET /favicon.ico HTTP/1.1
     //           POST /color.cgi HTTP/1.1

     //获取buf中的method
    while (!ISspace(buf[i]) && (i < sizeof(method) - 1))
    {
        method[i] = buf[i];
        i++;
    }
    j = i;
    method[i] = '\0';

    // strcasecmp(s1,s2)用忽略大小写比较字符串。
    // 返回值 若s1=s2,返回0;s1>s2,返回大于0的值,s1<s2 返回小于0的值。
    if (strcasecmp(method, "GET") && strcasecmp(method, "POST")) // 既不是GET也不是POST方法
    {
        unimplemented(client);
        return;
    }

    // 请求的方法为POST
    if (strcasecmp(method, "POST") == 0)
        cgi = 1;

    i = 0;

    // 跳过空格 
    while (ISspace(buf[j]) && (j < numchars))
        j++;

    // 获取url
    while (!ISspace(buf[j]) && (i < sizeof(url) - 1) && (j < numchars))
    {
        url[i] = buf[j];
        i++; j++;
    }
    url[i] = '\0';

    // 请求方法为GET
    if (strcasecmp(method, "GET") == 0)
    {
        query_string = url; // 用于记录带参数的GET方法请求中 ‘?’后的参数
        while ((*query_string != '?') && (*query_string != '\0'))
            query_string++;
        if (*query_string == '?')
        {
            cgi = 1;
            *query_string = '\0';
            query_string++;
        }
    }

    // 将“htdocs”与url拼接,存储到path中
    sprintf(path, "htdocs%s", url);
    
    // 如果解析到的路径为 / ,则自动在后面加上 index.html
    // strcat()拼接字符串
    if (path[strlen(path) - 1] == '/')
        strcat(path, "index.html");

    //定义函数:int stat(const char * file_name, struct stat *buf);
    //函数说明:stat()用来将参数file_name 所指的文件状态, 复制到参数buf 所指的结构中。
    //返回值:执行成功则返回0,失败返回-1,错误代码存于errno。  
    
    // 去掉头部信息
    // sss_for: Host: 127.0.0.1:4000
    // sss_for: User - Agent : Mozilla / 5.0 (X11; Linux x86_64; rv:17.0) Gecko / 20131029 Firefox / 17.0
    // sss_for : Accept : text / html, application / xhtml + xml, application / xml; q = 0.9, */*;q=0.8
    // sss_for: Accept-Language: en-US,en;q=0.5
    // sss_for: Accept-Encoding: gzip, deflate
    // sss_for: Connection: keep-alive
    // sss_for:

    if (stat(path, &st) == -1) {

        while ((numchars > 0) && strcmp("\n", buf)) {  /* read & discard headers */
            numchars = get_line(client, buf, sizeof(buf));
            
            char* test = buf;
            printf("sss_for: %s",test); // 输出如上所示

        }
        not_found(client);
    }
    else
    {
        // 文件存在,那则跟常量S_IFMT相与,相与之后的值可以用来判断该文件是什么类型的
        // 此处与上边判断路径是不是以 \ 结尾的地方作用一样,可以省略,留着可重复确认。
        if ((st.st_mode & S_IFMT) == S_IFDIR)
            // 如果是目录,则将路径后添加 index.html,
            strcat(path, "/index.html");
        // 判断此文件是否具有执行权限,不论是属于用户/组/其他这三者类型的都将cgi置为1
        if ((st.st_mode & S_IXUSR) ||
            (st.st_mode & S_IXGRP) ||
            (st.st_mode & S_IXOTH))
            cgi = 1;
        if (!cgi)
            //不需要cgi机制,发送文件内容给client
            serve_file(client, path);
        else
            // 如果需要则调用cgi。
            // CGI:公共网关接口 CGI 程序是存放在 HTTP 服务器上,为用户和HTTP服务器之外的其他
            // 应用程序提供互相“交谈”手段的软件。
            execute_cgi(client, path, method, query_string);
    }

    close(client);
}

/**********************************************************************/
/* Inform the client that a request it has made has a problem.
 * Parameters: client socket */
 /**********************************************************************/
// 返回给客户端这是个错误请求,HTTP 状态吗 400 BAD REQUEST.
void bad_request(int client)
{
    char buf[1024];

    sprintf(buf, "HTTP/1.0 400 BAD REQUEST\r\n");
    send(client, buf, sizeof(buf), 0);
    sprintf(buf, "Content-type: text/html\r\n");
    send(client, buf, sizeof(buf), 0);
    sprintf(buf, "\r\n");
    send(client, buf, sizeof(buf), 0);
    sprintf(buf, "<P>Your browser sent a bad request, ");
    send(client, buf, sizeof(buf), 0);
    sprintf(buf, "such as a POST without a Content-Length.\r\n");
    send(client, buf, sizeof(buf), 0);
}

/**********************************************************************/
/* 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 */
 /**********************************************************************/
// 读取服务器上某个文件写到 socket 套接字。
void cat(int client, FILE* resource)
{
    char buf[1024];

    fgets(buf, sizeof(buf), resource);
    while (!feof(resource))
    {
        send(client, buf, strlen(buf), 0);
        fgets(buf, sizeof(buf), resource);
    }
}

/**********************************************************************/
/* Inform the client that a CGI script could not be executed.
 * Parameter: the client socket descriptor. */
 /**********************************************************************/
// 主要处理发生在执行 cgi 程序时出现的错误。 状态码 500
void cannot_execute(int client)
{
    char buf[1024];

    sprintf(buf, "HTTP/1.0 500 Internal Server Error\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, "Content-type: text/html\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, "\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, "<P>Error prohibited CGI execution.\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
}

/**********************************************************************/
/* 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. */
 /**********************************************************************/
// 把错误信息写到 perror 并退出
void error_die(const char* sc)
{
    perror(sc);
    exit(1);
}

/**********************************************************************/
/* Execute a CGI script.  Will need to set environment variables as
 * appropriate.
 * Parameters: client socket descriptor
 *             path to the CGI script */
 /**********************************************************************/
 // cgi用于动态网页的处理
 // execute_cgi函数创建了两个进程,子进程用于cgi文件的处理,父进程用于往socket读写数据
void execute_cgi(int client, const char* path,
    const char* method, const char* query_string)
{
    char buf[1024];
    int cgi_output[2];
    int cgi_input[2];
    pid_t pid;
    int status;
    int i;
    char c;
    int numchars = 1;
    int content_length = -1;

    // 向buf中写入,为了保证下面的while顺利进行
    buf[0] = 'A'; buf[1] = '\0';

    // GET方法,将头部信息删除即可
    if (strcasecmp(method, "GET") == 0)
        while ((numchars > 0) && strcmp("\n", buf))  /* read & discard headers */
            numchars = get_line(client, buf, sizeof(buf));
    // POST方法,需要读取Content-Length字段的数据。
    else if (strcasecmp(method, "POST") == 0) /*POST*/
    {
        numchars = get_line(client, buf, sizeof(buf));
        while ((numchars > 0) && strcmp("\n", buf))
        {
            // "Content-Length:"长度为15个字符,所以将前15个字符比较。 
            buf[15] = '\0';
            // 如果是Content-Length: 则读取此字段后的数值,转为int类型
            if (strcasecmp(buf, "Content-Length:") == 0)
                content_length = atoi(&(buf[16]));
            numchars = get_line(client, buf, sizeof(buf));
        }
        // 无法处理,400错误
        if (content_length == -1) {
            bad_request(client);
            return;
        }
    }
    else/*HEAD or other*/
    {
    }
    // 响应 200,成功
    sprintf(buf, "HTTP/1.0 200 OK\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);

    // 创建管道

    // 子进程写管道
    if (pipe(cgi_output) < 0) {
        // 服务器错误,状态码 500
        cannot_execute(client);
        return;
    }

    // 子进程读管道
    if (pipe(cgi_input) < 0) {
        cannot_execute(client);
        return;
    }

    // 创建子进程
    if ((pid = fork()) < 0) {
        cannot_execute(client);
        return;
    }

    // 如果是子进程
    if (pid == 0)  /* child: CGI script */
    {
        char meth_env[255];
        char query_env[255];
        char length_env[255];

        dup2(cgi_output[1], STDOUT);// 将子进程的输出由标准输出重定向到 cgi_ouput 的管道写端上
        dup2(cgi_input[0], STDIN); // 将子进程的输入由标准输入重定向到 cgi_iuput 的管道读端上
     
        
        close(cgi_output[0]);// 关闭另外两个无用的端
        close(cgi_input[1]);

        // 通过环境变量传递信息
        // 构造一个环境变量(环境变量的格式都是name = value)
        sprintf(meth_env, "REQUEST_METHOD=%s", method);

        //putenv()包含于<stdlib.h>中,作用是添加环境变量。获取环境变量可通过getenv()
        putenv(meth_env);

        if (strcasecmp(method, "GET") == 0) {
            sprintf(query_env, "QUERY_STRING=%s", query_string);
            putenv(query_env);
        }
        else {   /* POST */
            sprintf(length_env, "CONTENT_LENGTH=%d", content_length);
            putenv(length_env);
        }
        // 用execl()运行cgi程序
        execl(path, NULL);
        exit(0);
    }
    // 父进程
    else {    /* parent */
        close(cgi_output[1]);// 父进程关闭管道无用的端,
        close(cgi_input[0]);
        if (strcasecmp(method, "POST") == 0)
            for (i = 0; i < content_length; i++) {
                // 是POST方法,说明后续有参数需要读
                recv(client, &c, 1, 0);
                write(cgi_input[1], &c, 1);
            }
        // 从cgi子进程读取响应的数据,发送给客户端
        while (read(cgi_output[0], &c, 1) > 0)
            send(client, &c, 1, 0);

        close(cgi_output[0]);
        close(cgi_input[1]);
        waitpid(pid, &status, 0);
    }
}

/**********************************************************************/
/* 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) */
 /**********************************************************************/
// 从socket中获取一行,分割符为 \n
int get_line(int sock, char* buf, int size)
{
    int i = 0;
    char c = '\0';
    int n;

    while ((i < size - 1) && (c != '\n'))
    {
        n = recv(sock, &c, 1, 0);
        /* DEBUG printf("%02X\n", c); */
        if (n > 0)
        {
            /*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')
            {
                // recv()的原型是ssize_t recv(int sockfd, void* buf, size_t len, int flags);

                // 我们在编写函数时,通常flags设置为0,此时recv()函数读取tcp 缓冲区中的数据
                // 到buf中,并从tcp 缓冲区中移除已读取的数据。如果把flags设置为MSG_PEEK,仅仅
                // 是把tcp 缓冲区中的数据读取到buf中,没有把已读取的数据从tcp 缓冲区中移除,
                // 如果再次调用recv()函数仍然可以读到刚才读到的数据。

                n = recv(sock, &c, 1, MSG_PEEK);
                /* DEBUG printf("%02X\n", c); */
                if ((n > 0) && (c == '\n'))
                    recv(sock, &c, 1, 0);
                else
                    /*
                    如果回车符(\r)的后面不是换行符(\n)
                    或者读取失败
                    就把当前读取的字符置为换行,从而终止循环
                    */
                    c = '\n';
            }
            buf[i] = c;
            i++;
        }
        else
            // 如果没有成功接收到字符,以 \n 结尾,结束循环
            c = '\n';
    }
    // 以 \0 结尾,作为字符串
    buf[i] = '\0';

    return(i);// buf数组的大小
}

/**********************************************************************/
/* Return the informational HTTP headers about a file. */
/* Parameters: the socket to print the headers on
 *             the name of the file */
 /**********************************************************************/
// 把 HTTP 响应的头部写到套接字
void headers(int client, const char* filename)
{
    char buf[1024];
    (void)filename;  /* could use filename to determine file type */

    strcpy(buf, "HTTP/1.0 200 OK\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    strcpy(buf, SERVER_STRING);
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, "Content-Type: text/html\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    strcpy(buf, "\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
}

/**********************************************************************/
/* Give a client a 404 not found status message. */
/**********************************************************************/
// 主要处理找不到请求的文件时的情况。状态码 404
void not_found(int client)
{
    char buf[1024];

    sprintf(buf, "HTTP/1.0 404 NOT FOUND\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, SERVER_STRING);
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, "Content-Type: text/html\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, "\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, "<HTML><TITLE>Not Found</TITLE>\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, "<BODY><P>The server could not fulfill\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, "your request because the resource specified\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, "is unavailable or nonexistent.\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, "</BODY></HTML>\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
}

/**********************************************************************/
/* 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 = 1;
    char buf[1024];

    buf[0] = 'A'; buf[1] = '\0';
    while ((numchars > 0) && strcmp("\n", buf))  /* read & discard headers */
        numchars = get_line(client, buf, sizeof(buf));

    resource = fopen(filename, "r");
    if (resource == NULL)
        not_found(client);
    else
    {
        // 构造响应头部并写给客户端
        headers(client, filename);
        // 将文件写给客户端(此处为index.html)
        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 */
 /**********************************************************************/

/// 建立套接字,绑定端口,进行监听
int startup(u_short* port)
{
    int httpd = 0;
    int on = 1;
    struct sockaddr_in name;

    httpd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (httpd == -1)
        error_die("socket");
    memset(&name, 0, sizeof(name));
    name.sin_family = AF_INET;
    name.sin_port = htons(*port);
    name.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    // setsocket(表示一个套接字的描述符, 选项定义的层次, 需设置的选项, 指向存放选项值的缓冲区指针, 缓冲区长度)
    // 此处设置为SO_REUSERADDR,表示允许重用本地地址和端口
    if ((setsockopt(httpd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on))) < 0)
    {
        error_die("setsockopt failed");
    }
    if (bind(httpd, (struct sockaddr*)&name, sizeof(name)) < 0)
        error_die("bind");
    if (*port == 0)  /* if dynamically allocating a port */
    {
        socklen_t namelen = sizeof(name);
        if (getsockname(httpd, (struct sockaddr*)&name, &namelen) == -1)
            error_die("getsockname");
        *port = ntohs(name.sin_port);
    }
    if (listen(httpd, 5) < 0)
        error_die("listen");
    return(httpd);
}

/**********************************************************************/
/* Inform the client that the requested web method has not been
 * implemented.
 * Parameter: the client socket */
 /**********************************************************************/
// 返回给浏览器表明收到的http请求中的method不被支持
void unimplemented(int client)
{
    char buf[1024];

    sprintf(buf, "HTTP/1.0 501 Method Not Implemented\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, SERVER_STRING);
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, "Content-Type: text/html\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, "\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, "<HTML><HEAD><TITLE>Method Not Implemented\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, "</TITLE></HEAD>\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, "<BODY><P>HTTP request method not supported.\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
    sprintf(buf, "</BODY></HTML>\r\n");
    send(client, buf, strlen(buf), 0);
}

/**********************************************************************/


int main(void)
{
    int server_sock = -1;
    u_short port = 4000;
    int client_sock = -1;
    struct sockaddr_in client_name;
    socklen_t  client_name_len = sizeof(client_name);
    pthread_t newthread;

    server_sock = startup(&port);
    printf("httpd running on port %d\n", port);

    while (1)
    {
        client_sock = accept(server_sock,
            (struct sockaddr*)&client_name,
            &client_name_len);
        if (client_sock == -1)
            error_die("accept");
        /* accept_request(&client_sock); */
        if (pthread_create(&newthread, NULL, (void*)accept_request, (void*)(intptr_t)client_sock) != 0)
            perror("pthread_create");
    }

    close(server_sock);

    return(0);
}

4. 父子进程的数据处理流程

管道的初始状态(管道中默认,0为读端,1为写端):
在这里插入图片描述
完成的状态(绿色为子进程完成的,红色为父进程完成的):
在这里插入图片描述

浏览器与服务器数据流动图:
在这里插入图片描述

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