Linux下搭建简易的HTTP服务器完成图片显示

1. 前言

这篇文章作为Linux下socket(TCP)网络编程的练习，使用C语言代码搭建一个简单的HTTP服务器，完成与浏览器之间的交互，最终在浏览器上显示一张图片；通过这个例子可以巩固socket里多线程使用，也可以方便学习了解HTTP协议。

2. HTTP协议介绍

HTTP协议本身是基于TCP通信协议来传递数据(HTML 文件, 图片文件-也叫超文本传输协议)，HTTP协议必须工作在客户端-服务端架构上(本身底层就是TCP)，HTTP 默认端口号为 80(浏览器访问默认就是80端口)，但是你也可以改为 8080 或者其他端口(可以手动指定端口)。

HTTP协议是无连接的,也就是限制每次连接只处理一个请求;服务器处理完客户的请求，并收到客户的应答后，即断开连接。采用这种方式可以节省传输时间。

3. HTTP的消息结构

客户端向HTTP服务器发送的请求消息格式包括了4个部分:
请求行（request line）、 请求头部（header）、空行、请求数据

下面这个是浏览器的请求，可以对比上面这张图的格式:

GET / HTTP/1.1
Host: 10.0.0.6
Connection: keep-alive
Upgrade-Insecure-Requests: 1
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/94.0.4606.81 Safari/537.36
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/avif,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8,application/signed-exchange;v=b3;q=0.9
Accept-Encoding: gzip, deflate
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9

HTTP常用的请求是GET和POST 。

HTTP1.0 定义了三种请求方法： GET, POST 和 HEAD 方法。
HTTP1.1 新增了五种请求方法： OPTIONS, PUT, DELETE, TRACE 和 CONNECT 方法。

HTTP服务器向客户端的响应也由四个部分组成，分别是：状态行、消息报头、空行、响应正文。

例如:

"HTTP/1.1 200 OK\r\n"
"Content-type:image/jpeg\r\n"
"Content-Length:1234\r\n"
"\r\n"
"...............正文............."

上面列出的报文字段含义:
HTTP/1.0 200 OK: Http/1.0 表示当前协议为 Http。 1.0 是协议的版本。 200 表示成功

Content-type : 告诉浏览器回送的数据类型

Content-Length: 告诉浏览器报文中实体主体的大小,也就是返回的内容长度

上面字段里回复的状态码一般有好几种，分别是：
200 - 请求成功
301 - 资源（网页等）被永久转移到其它 URL
404 - 请求的资源（网页等）不存在
500 - 内部服务器错误

4. HTTP交互流程

第一次请求是由HTTP客户端(浏览器)发起的，HTTP服务器收到请求后，对请求进行解析，然后完成后续的交互。

如果要在浏览器上显示一张图片，那么交互的流程大致如下:

要让浏览器在界面显示一张图片，还得编写一个HTML代码给浏览器，直接用一个图片标签即可。

然后还得准备一张JPG图片，作为资源文件，方便传递给浏览器，本地文件结构如下:

5. 案例代码: 搭建HTTP服务器

下面代码采用多线程形式响应浏览器的请求。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <dirent.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <pthread.h>

/*
函数功能: 服务器向客户端发送响应数据
*/
int HTTP_ServerSendFile(int client_fd,char *buff,char *type,char *file)
{
    /*1. 打开文件*/
    int fd=open(file,2);
    if(fd<0)return -1;
    /*2. 获取文件大小*/
    struct stat s_buff;
    fstat(fd,&s_buff);
    /*3. 构建响应头部*/
    sprintf(buff,"HTTP/1.1 200 OK\r\n"
                "Content-type:%s\r\n"
                "Content-Length:%d\r\n"
                "\r\n",type,s_buff.st_size);
    /*4. 发送响应头*/
    if(write(client_fd,buff,strlen(buff))!=strlen(buff))return -2;
    /*5. 发送消息正文*/
    int cnt;
    while(1)
    {
        cnt=read(fd,buff,1024);
        if(write(client_fd,buff,cnt)!=cnt)return -3;
        if(cnt!=1024)break;
    }
    return 0;
}

/*线程工作函数*/
void *thread_work_func(void *argv)
{
    int client_fd=*(int*)argv;
    free(argv);

    unsigned int cnt;
    unsigned char buff[1024];
    //读取浏览器发送过来的数据
    cnt=read(client_fd,buff,1024);
    buff[cnt]='\0';
    printf("%s\n",buff);

    if(strstr(buff,"GET / HTTP/1.1"))
    {
        HTTP_ServerSendFile(client_fd,buff,"text/html","www/image_text.html");
    }
    else if(strstr(buff,"GET /www/123.jpg HTTP/1.1"))
    {
        HTTP_ServerSendFile(client_fd,buff,"image/jpeg","www/888.jpg");
    }
    else if(strstr(buff,"GET /favicon.ico HTTP/1.1"))
    {
        HTTP_ServerSendFile(client_fd,buff,"image/x-icon","www/1.ico");
    }
    
    close(client_fd);
    //退出线程
    pthread_exit(NULL);
}

int main(int argc,char **argv)
{   
    if(argc!=2)
    {
        printf("./app <端口号>\n");
        return 0;
    }

    signal(SIGPIPE,SIG_IGN); //忽略 SIGPIPE 信号--防止服务器异常退出

    int sockfd;
    /*1. 创建socket套接字*/
    sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    int on = 1;
    setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on));

    /*2. 绑定端口号与IP地址*/
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family=AF_INET;
    addr.sin_port=htons(atoi(argv[1])); // 端口号0~65535
    addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;    //inet_addr("0.0.0.0"); //IP地址
    if(bind(sockfd,(const struct sockaddr *)&addr,sizeof(struct sockaddr))!=0)
    {
        printf("服务器:端口号绑定失败.\n");
    }
    /*3. 设置监听的数量,表示服务器同一时间最大能够处理的连接数量*/
    listen(sockfd,20);

    /*4. 等待客户端连接*/
    int *client_fd;
    struct sockaddr_in client_addr;
    socklen_t addrlen;
    pthread_t thread_id;
    while(1)
    {
        addrlen=sizeof(struct sockaddr_in);
        client_fd=malloc(sizeof(int));
        *client_fd=accept(sockfd,(struct sockaddr *)&client_addr,&addrlen);
        if(*client_fd<0)
        {
            printf("客户端连接失败.\n");
            return 0;
        }
        printf("连接的客户端IP地址:%s\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr));
        printf("连接的客户端端口号:%d\n",ntohs(client_addr.sin_port));

        /*创建线程*/
        if(pthread_create(&thread_id,NULL,thread_work_func,client_fd))
        {
            printf("线程创建失败.\n");
            break;
        }
        /*设置线程的分离属性*/
        pthread_detach(thread_id);
    } 
    /*5. 关闭连接*/
    close(sockfd);
    return 0;
}

6. 最终运行的效果