从0到服务器开发——TinyWebServer（上）：https://developer.aliyun.com/article/1508267
功能细究
关于登录功能，页面跳转逻辑如下图所示，原图来自两猿社：
上图的逻辑已经很清晰，根据HTTP请求的方法是GET还是POST，确定是获取注册/登录用户界面，还是更新用户密码跳转到登录成功界面。有关HTTP部分的介绍参考三、拔萝带泥-HTTP。
具体一点，首先需要从数据库中获取所有的用户名和密码（PS：在实际的大型项目中用户密码的传输可以参考用户登录实践），这些用户名和密码以某种数据结构（如哈希表）保存。
当浏览器请求到达时，根据其请求访问，返回对应的界面html或是错误提示。
整个过程其实是一个有限状态机。有限状态机？
有限状态机就是指系统状态从某一种状态转移到另外一种状态，表示“选择”和“更新状态”的过程。想进一步了解请参考：有限状态机？
由于该功能内部细节太多，请跳转阅读第三章、拔萝带泥-HTTP。
三、拔萝带泥——HTTP
这个部分是对第二章登录注册功能的详细解析。首先介绍Epoll的使用，再介绍HTTP的相关知识，而后在给出“用户登录注册”过程的细节。
Epoll
这个部分主要介绍epoll的函数调用框架，先看看epoll常用的函数。
常用函数
epoll_create
//创建一个指示epoll内核事件表的文件描述符 //该描述符将用作其他epoll系统调用的第一个参数 //size不起作用。 int epoll_create(int size)
epoll_ctl
//操作内核事件表监控的文件描述符上的事件：注册、修改、删除 int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)
其中，epfd：为epoll_creat的句柄
op：表示动作，用3个宏来表示：
- EPOLL_CTL_ADD (注册新的fd到epfd)，
- EPOLL_CTL_MOD (修改已经注册的fd的监听事件)，
- EPOLL_CTL_DEL (从epfd删除一个fd)；
event：告诉内核需要监听的事件
event结构体定义如下：
struct epoll_event { __uint32_t events; /* Epoll events */ epoll_data_t data; /* User data variable */ 4};
events描述事件类型，其中epoll事件类型有以下几种
- EPOLLIN：表示对应的文件描述符可以读（包括对端SOCKET正常关闭）
- EPOLLOUT：表示对应的文件描述符可以写
- EPOLLPRI：表示对应的文件描述符有紧急的数据可读
- EPOLLERR：表示对应的文件描述符发生错误
- EPOLLHUP：表示对应的文件描述符被挂断；
- EPOLLET：将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式，这是相对于水平触发(Level Triggered)而言的
- EPOLLONESHOT：只监听一次事件，当监听完这次事件之后，如果还需要继续监听这个socket的话，需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里
- EPOLLET： 边缘触发模式
- EPOLLRDHUP：表示读关闭，对端关闭，不是所有的内核版本都支持；
epoll_wait
//该函数用于等待所监控文件描述符上有事件的产生 //返回就绪的文件描述符个数 int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout)
其中，
- events：用来存内核得到事件的集合，
- maxevents：告之内核这个events有多大，不能大于epoll_create()时的size；
- timeout：是超时时间；
- 返回值：成功返回有多少文件描述符就绪，时间到时返回0，出错返回-1；
例子
实际应用中，epoll是怎么起作用的？代码原链接。
//tcp server epoll并发服务器 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <errno.h> #include <pthread.h> #include <ctype.h> #include <sys/socket.h> #include <arpa/inet.h> #include <sys/epoll.h> #define MAX_LINK_NUM 128 #define SERV_PORT 8888 #define BUFF_LENGTH 320 #define MAX_EVENTS 5 int count = 0; int tcp_epoll_server_init(){ //创建服务器端口的常用套路代码 int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); if(sockfd == -1){ printf("socket error!\n"); return -1; } struct sockaddr_in serv_addr; struct sockaddr_in clit_addr; socklen_t clit_len; serv_addr.sin_family = AF_INET; serv_addr.sin_port = htons(SERV_PORT); serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);// 任意本地ip int ret = bind(sockfd,(struct sockaddr*)&serv_addr,sizeof(serv_addr)); if(ret == -1){ printf("bind error!\n"); return -2; } listen(sockfd,MAX_LINK_NUM); //创建epoll int epoll_fd = epoll_create(MAX_EVENTS); if(epoll_fd == -1){ printf("epoll_create error!\n"); return -3; } //向epoll注册sockfd监听事件 struct epoll_event ev; //epoll事件结构体 struct epoll_event events[MAX_EVENTS]; //事件监听队列 ev.events = EPOLLIN; ev.data.fd = sockfd; int ret2 = epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_ADD,sockfd,&ev); if(ret2 == -1){ printf("epoll_ctl error!\n"); return -4; } int connfd = 0; while(1){ //epoll等待事件发生 int nfds = epoll_wait(epoll_fd,events,MAX_EVENTS,-1); if(nfds == -1){ printf("epoll_wait error!\n"); return -5; } printf("nfds: %d\n",nfds); //检测 for(int i = 0;i<nfds;++i){ //客服端有新的请求 if(events[i].data.fd == sockfd){ //取出该连接 connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&clit_addr,&clit_len); if(connfd == -1){ printf("accept error!\n"); return -6; } ev.events = EPOLLIN; ev.data.fd = connfd; if(epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev) == -1){ printf("epoll_ctl add error!\n"); return -7; } printf("accept client: %s\n",inet_ntoa(clit_addr.sin_addr)); printf("client %d\n",++count); } //客户端有数据发送过来 else{ char buff[BUFF_LENGTH]; int ret1 = read(connfd,buff,sizeof(buff)); printf("%s",buff); } } } close(connfd); return 0; } int main(){ tcp_epoll_server_init(); }
HTTP
HTTP介绍
HTTP报文
HTTP报文分为请求报文（浏览器端向服务器发送）和响应报文（服务器处理后返回给浏览器端）两种，每种报文必须按照特有格式生成，才能被浏览器端识别。
- 请求报文=请求行（request line）、请求头部（header）、空行和请求数据四个部分组成。
请求行，用来说明请求类型（方法）,要访问的资源以及所使用的HTTP版本。
请求头部，紧接着请求行（即第一行）之后的部分，用来说明服务器要使用的附加信息。
空行，请求头部后面的空行是必须的即使第四部分的请求数据为空，也必须有空行。
请求数据也叫主体，可以添加任意的其他数据。
- 响应报文=状态行+消息报头+空行+响应正文四个部分组成
状态行，由HTTP协议版本号，状态码，状态消息 三部分组成。
消息报头，用来说明客户端要使用的一些附加信息。
空行，消息报头后面的空行是必须的。
响应正文，服务器返回给客户端的文本信息等。
HTTP状态码与请求方法
HTTP有5种类型的状态码，具体的：
- 1xx：指示信息–表示请求已接收，继续处理。
- 2xx：成功–表示请求正常处理完毕。
200 OK：客户端请求被正常处理。
206 Partial content：客户端进行了范围请求。
- 3xx：重定向–要完成请求必须进行更进一步的操作。
301 Moved Permanently：永久重定向，该资源已被永久移动到新位置，将来对该资源访问都要使用本响应返回的若干个URI之一。
302 Found：临时重定向，请求的资源临时从不同的URI中获得。
4xx：客户端错误–请求有语法错误，服务器无法处理请求。
400 Bad Request：请求报文存在语法错误。
403 Forbidden：请求被服务器拒绝。
404 Not Found：请求不存在，服务器上找不到请求的资源。
- 5xx：服务器端错误–服务器处理请求出错。
500 Internal Server Error：服务器在执行请求时出现错误。
HTTP1.1之后共有八种方法名，见下：
由于该项目主要涉及GET和POST，那么这两个指令有什么区别和联系呢？
简单来说，GET主要是用来获取新的网页；POST用作向服务器传递用户的表单数据，如用户名、密码、留言等等；
进一步，GET把参数包含在URL中，POST通过request body传递参数。
其实GET和POST只是HTTP定义的两种输出传输标识，他们的传输大小限制是TCP/IP协议所限制的，并且POST一般需要两次传输，强烈推荐博客：GET/POST的区别。
这里是两个GET和POST的典例：
GET
GET /562f2.jpg HTTP/1.1 Host:img.mukewang.com User-Agent:Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/51.0.2704.106 Safari/537.36 Accept:image/webp,image/*,*/*;q=0.8 Referer:http://www.imooc.com/ Accept-Encoding:gzip, deflate, sdch Accept-Language:zh-CN,zh;q=0.8 空行 请求数据为空
POST
POST / HTTP1.1 Host:www.wrox.com User-Agent:Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 6.0; Windows NT 5.1; SV1; .NET CLR 2.0.50727; .NET CLR 3.0.04506.648; .NET CLR 3.5.21022) Content-Type:application/x-www-form-urlencoded Content-Length:40 Connection: Keep-Alive 空行 name=Professional%20Ajax&publisher=Wiley
HTTP处理流程
HTTP的处理流程分为以下三个步骤：
- **连接处理：**浏览器端发出http连接请求，主线程创建http对象接收请求并将所有数据读入对应buffer，将该对象插入任务队列，等待工作线程从任务队列中取出一个任务进行处理。
- 处理报文请求：工作线程取出任务后，调用进程处理函数，通过主、从状态机对请求报文进行解析。
- **返回响应报文：**解析完之后，生成响应报文，返回给浏览器端。
接下来依次介绍三个步骤：
连接处理
在连接阶段，最重要的是tcp连接过程和读取http的请求报文（其实读取请求报文就是读取客户端发送的数据而已）。tcp连接过程涉及epoll内核事件创建等，详见后续的epoll部分。
服务器是如何实现读取http的报文的呢？首先，服务器需要对每一个已建立连接http建立一个http的类对象，这部分代码如下（服务器一直在运行eventloop即回环事件，因为整个服务器其实是事件驱动）：
//事件回环（即服务器主线程） void WebServer::eventLoop() { ...... while (!stop_server) { //等待所监控文件描述符上有事件的产生 int number = epoll_wait(m_epollfd, events, MAX_EVENT_NUMBER, -1); if (number < 0 && errno != EINTR) { LOG_ERROR("%s", "epoll failure"); break; } //对所有就绪事件进行处理 for (int i = 0; i < number; i++) { int sockfd = events[i].data.fd; //处理新到的客户连接 if (sockfd == m_listenfd) { bool flag = dealclinetdata(); if (false == flag) continue; } //处理异常事件 else if (events[i].events & (EPOLLRDHUP | EPOLLHUP | EPOLLERR)) { //服务器端关闭连接，移除对应的定时器 util_timer *timer = users_timer[sockfd].timer; deal_timer(timer, sockfd); } //处理信号 else if ((sockfd == m_pipefd[0]) && (events[i].events & EPOLLIN)) { bool flag = dealwithsignal(timeout, stop_server); if (false == flag) LOG_ERROR("%s", "dealclientdata failure"); } //处理客户连接上接收到的数据 可读 else if (events[i].events & EPOLLIN) { dealwithread(sockfd); } //处理客户连接上接收到的数据 可写 else if (events[i].events & EPOLLOUT) { dealwithwrite(sockfd); } } ...... } }
22行的dealclientdata（）函数调用timer（）创建新的client客户端连接user，同时新增一个定时事件（见后续部分）。
完成这一系列步骤之后，服务器中就维护着一系列的客户端client连接，当其中一个客户点击网页某一按钮，生成一个请求报文并传输到服务器时，在上述事件回环代码中调用dealwithread（）。
该函数中将该端口事件append加入任务请求队列，等待线程池中的线程执行该任务。根据Reactor/Proactor模式，工作线程对http请求报文数据的读取由read_once（）函数完成，见http_conn.cpp。
read_once()函数将浏览器（客户端）端的数据读入到缓存数组，以待后续工作线程进行处理。
请求报文处理
在webserver的线程池有空闲线程时，某一线程调用process（）来完成请求报文的解析以及报文相应任务。详见http_conn/process（）：
//处理http报文请求与报文响应 void http_conn::process() { //NO_REQUEST，表示请求不完整，需要继续接收请求数据 HTTP_CODE read_ret = process_read(); if (read_ret == NO_REQUEST) { //注册并监听读事件 modfd(m_epollfd, m_sockfd, EPOLLIN, m_TRIGMode); return; } //调用process_write完成报文响应 bool write_ret = process_write(read_ret); if (!write_ret) { close_conn(); } //注册并监听写事件 modfd(m_epollfd, m_sockfd, EPOLLOUT, m_TRIGMode); }
先介绍请求报文的处理，也就是process_read()函数。
该函数通过while循环，对主从状态机进行封装，对报文的每一行进行循环处理。这里的主状态机，指的是process_read()函数，从状态机是指parse_line()函数。
从状态机负责读取报文的一行（并对其中的\r\n进行修改为\0\0），主状态机负责对该行数据进行解析，主状态机内部调用从状态机，从状态机驱动主状态机。它们之间的关系如下图所示：
process_read()这个函数对HTTP连接和处理部分的理解极为重要，必须得抬出源码看看，请在学习过程中结合源码、上述流程图来理解：
//有限状态机处理请求报文 http_conn::HTTP_CODE http_conn::process_read() { // LINE_STATUS line_status = LINE_OK; HTTP_CODE ret = NO_REQUEST; char *text = 0; while ((m_check_state == CHECK_STATE_CONTENT && line_status == LINE_OK) || ((line_status = parse_line()) == LINE_OK)) { text = get_line(); m_start_line = m_checked_idx; LOG_INFO("%s", text); switch (m_check_state) { case CHECK_STATE_REQUESTLINE: { ret = parse_request_line(text); if (ret == BAD_REQUEST) return BAD_REQUEST; break; } case CHECK_STATE_HEADER: { ret = parse_headers(text); if (ret == BAD_REQUEST) return BAD_REQUEST; else if (ret == GET_REQUEST) { return do_request(); } break; } case CHECK_STATE_CONTENT: { ret = parse_content(text); if (ret == GET_REQUEST) return do_request(); line_status = LINE_OPEN; break; } default: return INTERNAL_ERROR; } } return NO_REQUEST; }
上述代码是使用switch…case来体现主状态机的选择，而主状态机的状态是由CHECK_STATE_REQUESTLINE/HEADER/CONTENT，这三个标志来表示的：正在解析请求行、解析请求头、解析消息体（body）。有关判断条件和循环体的补充见下：
- 判断条件
- 主状态机转移到CHECK_STATE_CONTENT，该条件涉及解析消息体
- 从状态机转移到LINE_OK，该条件涉及解析请求行和请求头部
- 两者为或关系，当条件为真则继续循环，否则退出
- 循环体
- 从状态机读取数据
- 调用get_line函数，通过m_start_line将从状态机读取数据间接赋给text
- 主状态机解析text
PS：这个部分的阅读一定得结合源码！其中涉及很多字符数组指针的加减，请仔细体会！
主状态机初始状态是CHECK_STATE_REQUESTLINE，而后调用parse_request_line()解析请求行，获得HTTP的请求方法、目标URL以及HTTP版本号，状态变为CHECK_STATE_HEADER。
此时进入循环体之后，调用parse_headers()解析请求头部信息。先要判断是空行还是请求头，空行进一步区分POST还是GET。若是请求头，则更新长短连接状态、host等等。
注：GET和POST请求报文的区别之一是有无消息体部分。
当使用POST请求时，需要进行CHECK_STATE_CONTENT的解析，取出POST消息体中的信息（用户名、密码）。
参考链接：
https://mp.weixin.qq.com/s/wAQHU-QZiRt1VACMZZjNlw
从0到服务器开发——TinyWebServer（下）：https://developer.aliyun.com/article/1508289
