提要
之前在读unp的时候就很疑惑这些socket API究竟是怎么用的，感觉跟日常的web好像关系不是很大。在一次调试flask源码的时候，当我进到httpserver和werkzeug工具集的源码里时，看到了很多形似unix下socket API的函数，至此我对unp就有了进一步的了解了。在应用层中，最底层的服务器其实就是靠这些API所开发并运行的，往往担负着接受请求，分发请求，解读请求的作用。
tinyhttpd
tinyhttpd应该是最简单的一个C语言的服务器开源项目了，总长就500行左右。很建议unp的初学者（比如我这样一开始连unp怎么用都搞不清楚的）去了解，读完相信会对网络编程有了更深的理解。
编译运行
可以到官网去下载到它的源码：https://sourceforge.net/projects/tinyhttpd/
下载后得到一个tar.gz结尾的压缩包，解压缩就可以看到如下的文件和目录了：
没有config之类的文件，只有一个Makefile，在终端打开，直接make就可以生成可执行文件了。不过make之前有些地方需要修改，因为tinyhttpd的作者是在Solaris下开发的，并不适合Linux下直接编译。
需要改动的地方有以下几项：
33行的函数声明改为void accept_request(void ); 所以下面的函数定义也要跟着修改。
将accept_request函数77行的return改为return NULL; 在128行close(client);后面添加return NULL;
439行和484行的变量类型改为socklen_t。
498行改为if (pthread_create(&newthread , NULL, accept_request, (void*)&client_sock) != 0)
行数不一定准确，但一般就在附近。
这时就可以make生成httpd可执行文件了。
在终端输入 ./httpd 就可以运行服务器了，并且可以得到当前的运行端口号
在浏览器输入localhost:45962就可以得到页面了
页面上提示说是一个CGI demo。CGI本意是通用网关接口，实际上是一个生成响应内容的脚本程序。
比如服务器接收到来自服务器的请求，它可以选择把请求传递给一个CGI程序，由它来根据请求生成内容，CGI程序把生成的内容返回给服务器，服务器再把这个内容返回给客户端。服务器程序只负责处理请求，不负责处理内容。
它其实算是一种web开发的思路，现在也仍有使用，不过使用范围还是相对较小。因此你会有时看到某些网页(据我观察数字尾巴就是这样)的地址明明是访问某个PHP或者py的文件，它弹出来的却不是代码，还是正儿八经的网页，就是网页的内容在这些php文件或者Python文件里动态生成了，然后返回到浏览器。
那么更好玩的来了，我们可以自己找一个纯html文件，没有js代码那种，或者文本文件，重命名为index.html，放到htdocs文件夹里，这时候再访问，浏览器显示的就是我们自定义的内容了～
http请求
为了更好地理解源码，这里先简单介绍一点http请求的知识。
告知服务器意图的 HTTP 方法
体现在TinyHTTPd中的为 GET 和 POST method。
GET：获取资源
GET 方法用来请求访问已被 URI 识别的资源。指定的资源进服务器端解析后返回响应内容。换言之，如果请求的资源是文本（静态页面请求），那就保持原样返回；如果是像CGI 那样的程序（动态页面请求），则返回经过执行后的输出结果。
POST：传输实体主体
POST 的主要目的是用来传输实体的主体，不是获取响应的主体内容
当使用浏览器访问服务器时，浏览器会向服务器发起一个http请求。请求类似上两张图的里的请求，以请求类型（GET或者POST）开头，紧接着的请求的资源路径。因此，请求类型和请求路径可以从请求的第一行获取。
函数功能介绍
先简单地解释每个函数的作用：
accept_request: 处理从套接字上监听到的一个 HTTP 请求，在这里可以很大一部分地体现服务器处理请求流程。
bad_request: 返回给客户端这是个错误请求，HTTP 状态吗 400 BAD REQUEST.
cat: 读取服务器上某个文件写到 socket 套接字。
cannot_execute: 主要处理发生在执行 cgi 程序时出现的错误。
error_die: 把错误信息写到 perror 并退出。
execute_cgi: 运行 cgi 程序的处理，也是个主要函数。
get_line: 读取套接字的一行，把回车换行等情况都统一为换行符结束。
headers: 把 HTTP 响应的头部写到套接字。
not_found: 主要处理找不到请求的文件时的情况。
sever_file: 调用 cat 把服务器文件返回给浏览器。
startup: 初始化 httpd 服务，包括建立套接字，绑定端口，进行监听等。
建议源码阅读顺序： main -> startup -> accept_request -> execute_cgi, 通晓主要工作流程后再仔细把每个函数的源码看一看。
工作流程
（1） 服务器启动，在指定端口或随机选取端口绑定 httpd 服务。
（2）收到一个 HTTP 请求时（其实就是 listen 的端口 accpet 的时候），派生一个线程运行 accept_request 函数。
（3）取出 HTTP 请求中的 method (GET 或 POST) 和 url,。对于 GET 方法，如果有携带参数，则 query_string 指针指向 url 中 ？ 后面的 GET 参数。
（4） 格式化 url 到 path 数组，表示浏览器请求的服务器文件路径，在 tinyhttpd 中服务器文件是在 htdocs 文件夹下。当 url 以 / 结尾，或 url 是个目录，则默认在 path 中加上 index.html，表示访问主页。
（5）如果文件路径合法，对于无参数的 GET 请求，直接输出服务器文件到浏览器，即用 HTTP 格式写到套接字上，跳到（10）。其他情况（带参数 GET，POST 方式，url 为可执行文件），则调用 excute_cgi 函数执行 cgi 脚本。
（6）读取整个 HTTP 请求并丢弃，如果是 POST 则找出 Content-Length. 把 HTTP 200 状态码写到套接字。
（7） 建立两个管道，cgi_input 和 cgi_output, 并 fork 一个进程。
（8） 在子进程中，把 STDOUT 重定向到 cgi_outputt 的写入端，把 STDIN 重定向到 cgi_input 的读取端，关闭 cgi_input 的写入端 和 cgi_output 的读取端，设置 request_method 的环境变量，GET 的话设置 query_string 的环境变量，POST 的话设置 content_length 的环境变量，这些环境变量都是为了给 cgi 脚本调用，接着用 execl 运行 cgi 程序。
（9） 在父进程中，关闭 cgi_input 的读取端 和 cgi_output 的写入端，如果 POST 的话，把 POST 数据写入 cgi_input，已被重定向到 STDIN，读取 cgi_output 的管道输出到客户端，该管道输入是 STDOUT。接着关闭所有管道，等待子进程结束。这一部分比较乱，见下图说明：
图 1 管道初始状态
图 2 管道最终状态
（10） 关闭与浏览器的连接，完成了一次 HTTP 请求与回应，因为 HTTP 是无连接的。
源码注释
这里附上我自己注释过的源码，希望能对阅读有帮助。
/* J. David's webserver */
/* This is a simple webserver.
* Created November 1999 by J. David Blackstone.
* CSE 4344 (Network concepts), Prof. Zeigler
* University of Texas at Arlington
*/
/* This program compiles for Sparc Solaris 2.6.
* To compile for Linux:
* 1) Comment out the #include <pthread.h> line.
* 2) Comment out the line that defines the variable newthread.
* 3) Comment out the two lines that run pthread_create().
* 4) Uncomment the line that runs accept_request().
* 5) Remove -lsocket from the Makefile.
*/
#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>
#define ISspace(x) isspace((int)(x))
#define SERVER_STRING "Server: jdbhttpd/0.1.0\r\n"
void *accept_request(void * tclient);
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 * tclient)
{
int client = *(int *) tclient;
char buf[1024];
int numchars;
char method[255];
char url[255];
char path[512];
size_t i, j;
struct stat st;
int cgi = 0; /* becomes true if server decides this is a CGI
* program */
char *query_string = NULL;
//get_line是读取一行的意思。读取http请求，每行以\r\n结尾
//buf里的内容是http请求里的第一行
numchars = get_line(client, buf, sizeof(buf));
i = 0; j = 0;
//ISspace检查参数是否为空格。即最多读取255个字符，直到空格为止
//根据http请求的格式，method里的内容是http请求的请求类型，GET或POST
while (!ISspace(buf[j]) && (i < sizeof(method) - 1))
{
method[i] = buf[j];
i++; j++;
}
method[i] = '\0';
//strcasecmp是忽略大小写的比较
if (strcasecmp(method, "GET") && strcasecmp(method, "POST"))
{
unimplemented(client);
return NULL;
}
if (strcasecmp(method, "POST") == 0)
cgi = 1;
i = 0;
//找到空格开始的字段，后面是请求的资源路径
while (ISspace(buf[j]) && (j < sizeof(buf)))
j++;
//url里是请求的资源路径
while (!ISspace(buf[j]) && (i < sizeof(url) - 1) && (j < sizeof(buf)))
{
url[i] = buf[j];
i++; j++;
}
url[i] = '\0';
if (strcasecmp(method, "GET") == 0)
{
query_string = url;
while ((*query_string != '?') && (*query_string != '\0'))
query_string++;
if (*query_string == '?')
{
cgi = 1;
*query_string = '\0';
query_string++;
}
}
sprintf(path, "htdocs%s", url);
if (path[strlen(path) - 1] == '/')
strcat(path, "index.html");
//在服务器本地打开资源失败的情况下，给客户端发送notfound
if (stat(path, &st) == -1) {
while ((numchars > 0) && strcmp("\n", buf)) /* read & discard headers */
numchars = get_line(client, buf, sizeof(buf));
not_found(client);
}
else
{
//如果是目录，继续拼接
if ((st.st_mode & S_IFMT) == S_IFDIR)
strcat(path, "/index.html");
//如果是可执行文件，将cgi置1
if ((st.st_mode & S_IXUSR) ||
(st.st_mode & S_IXGRP) ||
(st.st_mode & S_IXOTH))
cgi = 1;
if (!cgi)
serve_file(client, path);
else
execute_cgi(client, path, method, query_string);
}
close(client);
return NULL;
}
/*********************************************************/
/* Inform the client that a request it has made has a problem.
* Parameters: client socket */
/*********************************************************/
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 */
/*********************************************************/
void cat(int client, FILE *resource)
{
char buf[1024];
fgets(buf, sizeof(buf), resource);
while (!feof(resource))
{
//send是write的高级版本
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. */
/*********************************************************/
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. */
/*********************************************************/
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 */
/*********************************************************/
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;
buf[0] = 'A'; buf[1] = '\0';
if (strcasecmp(method, "GET") == 0)
while ((numchars > 0) && strcmp("\n", buf)) /* read & discard headers */
numchars = get_line(client, buf, sizeof(buf));
else /* POST */
{
numchars = get_line(client, buf, sizeof(buf));
while ((numchars > 0) && strcmp("\n", buf))
{
buf[15] = '\0';
if (strcasecmp(buf, "Content-Length:") == 0)
content_length = atoi(&(buf[16]));
numchars = get_line(client, buf, sizeof(buf));
}
if (content_length == -1) {
bad_request(client);
return;
}
}
sprintf(buf, "HTTP/1.0 200 OK\r\n");
send(client, buf, strlen(buf), 0);
if (pipe(cgi_output) < 0) {
cannot_execute(client);
return;
}
if (pipe(cgi_input) < 0) {
cannot_execute(client);
return;
}
if ( (pid = fork()) < 0 ) {
cannot_execute(client);
return;
}
if (pid == 0) /* child: CGI script */
{
char meth_env[255];
char query_env[255];
char length_env[255];
dup2(cgi_output[1], 1);
dup2(cgi_input[0], 0);
close(cgi_output[0]);
close(cgi_input[1]);
sprintf(meth_env, "REQUEST_METHOD=%s", method);
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);
}
execl(path, path, NULL);
exit(0);
} else { /* parent */
close(cgi_output[1]);
close(cgi_input[0]);
if (strcasecmp(method, "POST") == 0)
for (i = 0; i < content_length; i++) {
recv(client, &c, 1, 0);
write(cgi_input[1], &c, 1);
}
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sock读取一行内容
int get_line(int sock, char *buf, int size)
{
int i = 0;
char c = '\0';
int n;
while ((i < size - 1) && (c != '\n'))
{
//recv是高级IO里的一个函数，flag参数为0，则实际效果等同于read
n = recv(sock, &c, 1, 0);
/* DEBUG printf("%02X\n", c); */
if (n > 0)
{
if (c == '\r')
{
//MSG_PEEK表示查看读取，读完不丢弃
n = recv(sock, &c, 1, MSG_PEEK);
/* DEBUG printf("%02X\n", c); */
if ((n > 0) && (c == '\n'))
recv(sock, &c, 1, 0);
else
c = '\n';
}
buf[i] = c;
i++;
}
else
c = '\n';
}
buf[i] = '\0';
return(i);
}
/*********************************************************/
/* Return the informational HTTP headers about a file. */
/* Parameters: the socket to print the headers on
* the name of the file */
/*********************************************************/
//response的headers
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");
//以下开始是body
send(client, buf, strlen(buf), 0);
}
/*********************************************************/
/* Give a client a 404 not found status message. */
/*********************************************************/
//无法找到资源
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);
//以下开始是body
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 */
/*********************************************************/
//向客户点套接字传输文件
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));
//fopen是打开一个标准I/O流
resource = fopen(filename, "r");
if (resource == NULL)
not_found(client);
else
{
//先发送response header
headers(client, filename);
//再发送response 主体
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 */
/*********************************************************/
//启动服务器
int startup(u_short *port)
{
int httpd = 0;
struct sockaddr_in name;
//PF_INET和AF_INET含义一样
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);
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 */
/*********************************************************/
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);
//以下开始是body
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;
//port赋值为0，则让内核选择ip地址和端口
u_short port = 0;
int client_sock = -1;
struct sockaddr_in client_name;
socklen_t client_name_len = sizeof(client_name);
//保存线程ID
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, accept_request, (void *)&client_sock) != 0)
perror("pthread_create");
}
close(server_sock);
return(0);
}