说到 web 服务器想必大多数人首先想到的协议是 http，那么 http 之下则是 tcp，本篇文章将通过 tcp 来实现一个简单的 web 服务器。
本篇文章将着重讲解如何实现，对于 http 与 tcp 的概念本篇将不过多讲解。
一、了解 Socket 及 web 服务工作原理
既然是基于 tcp 实现 web 服务器，很多学习 C 语言的小伙伴可能会很快的想到套接字 socket。socket 是一个较为抽象的通信进程，或者说是主机与主机进行信息交互的一种抽象。socket 可以将数据流送入网络中，也可以接收数据流。
socket 的信息交互与本地文件信息的读取从表面特征上看类似，但其中所存在的编写复杂度是本地 IO 不能比拟的，但却有相似点。在 win 下 socket 的交互交互步骤为：WSAStartup 进行初始化--> socket 创建套接字--> bind 绑定--> listen 监听--> connect 连接--> accept 接收请求--> send/recv 发送或接收数据--> closesocket 关闭 socket--> WSACleanup 最终关闭。
了解完了一个 socket 的基本步骤后我们了解一下一个基本 web 请求的用户常规操作，操作分为：打开浏览器-->输入资源地址 ip 地址-->得到资源。当目标服务器接收到该操作产生掉请求后，我们可以把服务器的响应流程步骤看为：获得 request 请求-->得到请求关键数据-->获取关键数据-->发送关键数据。服务器的这一步流程是在启动 socket 进行监听后才能响应。通过监听得知接收到请求，使用 recv 接收请求数据，从而根据该参数得到进行资源获取，最后通过 send 将数据进行返回。
二、创建 sokect 完成监听
2.1 WSAStartup 初始化
首先在 c 语言头文件中引入依赖 WinSock2.h：
在第一点中对 socket 的创建步骤已有说明，首先需要完成 socket 的初始化操作，使用函数 WSAStartup，该函数的原型为：
int WSAStartup( WORD wVersionRequired, LPWSADATA lpWSAData);
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该函数的参数 wVersionRequired 表示 WinSock2 的版本号；lpWSAData 参数为指向 WSADATA 的指针，WSADATA 结构用于 WSAStartup 初始化后返回的信息。
wVersionRequired 可以使用 MAKEWORD 生成，在这里可以使用版本 1.1 或版本 2.2，1.1 只支持 TCP/IP，版本 2.1 则会有更多的支持，在此我们选择版本 1.1。
首先声明一个 WSADATA 结构体 ：
随后传参至初始化函数 WSAStartup 完成初始化：
WSAStartup(MAKEWORD(1, 1), &wsaData)
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WSAStartup 若初始化失败则会返回非 0 值：
if (WSAStartup(MAKEWORD(1, 1), &wsaData) != 0) { exit(1);}
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2.2 创建 socket 套接字
初始化完毕后开始创建套接字，套接字创建使用函数，函数原型为：
SOCKET WSAAPI socket( int af, int type, int protocol);
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在函数原型中，af 表示 IP 地址类型，使用 PFINET 表示 IPV4，type 表示使用哪种通信类型，例如 SOCKSTREAM 表示 TCP，protocol 表示传输协议，使用 0 会根据前 2 个参数使用默认值。
int skt = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
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创建完 socket 后，若为 -1 表示创建失败，进行判断如下：
if (skt == -1) { return -1;}
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2.3 绑定服务器
创建完 socket 后需要对服务器进行绑定，配置端口信息、IP 地址等。 首先查看 bind 函数需要哪一些参数，函数原型如下：
int bind( SOCKET socket, const sockaddr *addr, int addrlen);
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参数 socket 表示绑定的 socket，传入 socket 即可；addr 为 sockaddrin 的结构体变量的指针，在 sockaddrin 结构体变量中配置一些服务器信息；addrlen 为 addr 的大小值。
通过 bind 函数原型得知了我们所需要的数据，接下来创建一个 sockaddr_in 结构体变量用于配置服务器信息：
struct sockaddr_in server_addr;
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随后配置地址家族为 AF_INET 对应 TCP/IP：
server_addr.sin_family = AF_INET;
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接着配置端口信息：
server_addr.sin_port = htons(8080);
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再指定 ip 地址：
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
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ip 地址若不确定可以手动输入，最后使用神器 memset 初始化内存，完整代码如下：
//配置服务器 struct sockaddr_in server_addr;server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_port = htons(8080);server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");memset(&(server_addr.sin_zero), '\0', 8);
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随后使用 bind 函数进行绑定且进行判断是否绑定成功：
//绑定if (bind(skt, (struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(server_addr)) == -1) { return -1; }
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2.4 listen 进行监听
绑定成功后开始对端口进行监听。查看 listen 函数原型：
int listen( int sockfd, int backlog)
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函数原型中，参数 sockfd 表示监听的套接字，backlog 为设置内核中的某一些处理（此处不进行深入讲解），直接设置成 10 即可，最大上限为 128。使用监听并且判断是否成功代码为：
if (listen(skt, 10) == -1 ) { return -1;}
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此阶段完整代码如下：
#include <WinSock2.h>#include<stdio.h> int main(){ //初始化 WSADATA wsaData; if (WSAStartup(MAKEWORD(1, 1), &wsaData) != 0) { exit(1); } //socket创建 int skt = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (skt == -1) { return -1; } //配置服务器 struct sockaddr_in server_addr; server_addr.sin_family = AF_INET; server_addr.sin_port = htons(8080); server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); memset(&(server_addr.sin_zero), '\0', 8); //绑定 if (bind(skt, (struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(server_addr)) == -1){ return -1; } //监听 if (listen(skt, 10) == -1 ) { return -1; } printf("Listening ... ...\n");}
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运行代码可得知代码无错误，并且输出 listening：
在这里插入图片描述
2.5 获取请求
监听完成后开始获取请求。受限需要使用 accept 对套接字进行连接，accept 函数原型如下：
int accept( int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen );
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参数 sockfd 为指定的套接字；addr 为指向 struct sockaddr 的指针，一般为客户端地址；addrlen 一般设置为设置为 sizeof(struct sockaddr_in) 即可。代码为：
struct sockaddr_in c_skt; int s_size=sizeof(struct sockaddr_in);int access_skt = accept(skt, (struct sockaddr *)&c_skt, &s_size);
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接下来开始接受客户端的请求，使用 recv 函数，函数原型为：
ssize_t recv( int sockfd, void *buf, size_t len, int flags)
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参数 sockfd 为 accept 建立的通信；buf 为缓存，数据存放的位置；len 为缓存大小；flags 一般设置为 0 即可：
//获取数据 char buf[1024];if (recv(access_skt, buf, 1024, 0) == -1) { exit(1);}
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此时我们再到 accpt 和 recv 外层添加一个循环，使之流程可重复：
while(1){ //建立连接 printf("Listening ... ...\n"); struct sockaddr_in c_skt; int s_size=sizeof(struct sockaddr_in); int access_skt = accept(skt, (struct sockaddr *)&c_skt, &s_size); //获取数据 char buf[1024]; if (recv(access_skt, buf, 1024, 0) == -1) { exit(1); } }
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并且可以在浏览器输入 127.0.0.1:8080 将会看到客户端打印了 listening 新建了链接:
我们添加 printf 语句可查看客户端请求：
while(1){ //建立连接 printf("Listening ... ...\n"); struct sockaddr_in c_skt; int s_size=sizeof(struct sockaddr_in); int access_skt = accept(skt, (struct sockaddr *)&c_skt, &s_size); //获取数据 char buf[1024]; if (recv(access_skt, buf, 1024, 0) == -1) { exit(1); } printf("%s",buf); }
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接下来我们对请求头进行对应的操作。
2.6 请求处理层编写
得到请求后开始编写处理层。继续接着代码往下写没有层级，编写一个函数名为 req，该函数接收请求信息与一个建立好的连接为参数：
void req(char* buf, int access_socket) {}
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然后先在 while 循环中传递需要的值：
接着开始编写 req 函数，首先在 req 函数中标记当前目录下：
char arguments[BUFSIZ]; strcpy(arguments, "./");
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随后分离出请求与参数：
char command[BUFSIZ]; sscanf(request, "%s%s", command, arguments+2);
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接着我们标记一些头元素：
char* extension = "text/html"; char* content_type = "text/plain"; char* body_length = "Content-Length: ";
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接着获取请求参数，若获取 index.html，就获取当前路径下的该文件：
FILE* rfile= fopen(arguments, "rb");
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获取文件后表示请求 ok，我们先返回一个 200 状态：
char* head = "HTTP/1.1 200 OK\r\n"; int len; char ctype[30] = "Content-type:text/html\r\n"; len = strlen(head);
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接着编写一个发送函数 send_：
int send_(int s, char *buf, int *len) { int total; int bytesleft; int n; total=0; bytesleft=*len; while(total < *len) { n = send(s, buf+total, bytesleft, 0); if (n == -1) { break; } total += n; bytesleft -= n; } *len = total; return n==-1?-1:0; }
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send 函数功能并不难在此不再赘述，就是一个遍历发送的逻辑。随后发送 http 响应与文件类型：
send_(send_to, head, &len);len = strlen(ctype);send_(send_to, ctype, &len);
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随后获得请求文件的描述，需要添加头文件#include <sys/stat.h>使用 fstat，且向已连接的通信发生必要的信息 ：
//获取文件描述struct stat statbuf;char read_buf[1024]; char length_buf[20];fstat(fileno(rfile), &statbuf);itoa( statbuf.st_size, length_buf, 10 );send(client_sock, body_length, strlen(body_length), 0);send(client_sock, length_buf, strlen(length_buf), 0);
send(client_sock, "\n", 1, 0);send(client_sock, "\r\n", 2, 0);
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最后发送数据：
//·数据发送char read_buf[1024]; len = fread(read_buf ,1 , statbuf.st_size, rfile);if (send_(client_sock, read_buf, &len) == -1) { printf("error!"); }
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最后访问地址 http://127.0.0.1:8080/index.html，得到当前目录下 index.html 文件数据，并且在浏览器渲染：
所有代码如下：
#include <WinSock2.h>#include<stdio.h> #include <sys/stat.h>
int send_(int s, char *buf, int *len) { int total; int bytesleft; int n; total=0; bytesleft=*len; while(total < *len) { n = send(s, buf+total, bytesleft, 0); if (n == -1) { break; } total += n; bytesleft -= n; } *len = total; return n==-1?-1:0; }
void req(char* request, int client_sock) { char arguments[BUFSIZ]; strcpy(arguments, "./"); char command[BUFSIZ]; sscanf(request, "%s%s", command, arguments+2); char* extension = "text/html"; char* content_type = "text/plain"; char* body_length = "Content-Length: "; FILE* rfile= fopen(arguments, "rb");
char* head = "HTTP/1.1 200 OK\r\n"; int len; char ctype[30] = "Content-type:text/html\r\n"; len = strlen(head); send_(client_sock, head, &len); len = strlen(ctype); send_(client_sock, ctype, &len);
struct stat statbuf; char length_buf[20]; fstat(fileno(rfile), &statbuf); itoa( statbuf.st_size, length_buf, 10 ); send(client_sock, body_length, strlen(body_length), 0); send(client_sock, length_buf, strlen(length_buf), 0);
send(client_sock, "\n", 1, 0); send(client_sock, "\r\n", 2, 0);
char read_buf[1024]; len = fread(read_buf ,1 , statbuf.st_size, rfile); if (send_(client_sock, read_buf, &len) == -1) { printf("error!"); } return;}
int main(){ WSADATA wsaData; if (WSAStartup(MAKEWORD(1, 1), &wsaData) != 0) { exit(1); }
int skt = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (skt == -1) { return -1; }
struct sockaddr_in server_addr; server_addr.sin_family = AF_INET; server_addr.sin_port = htons(8080); server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); memset(&(server_addr.sin_zero), '\0', 8);
if (bind(skt, (struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(server_addr)) == -1) { return -1; }
if (listen(skt, 10) == -1 ) { return -1; } while(1){
printf("Listening ... ...\n"); struct sockaddr_in c_skt; int s_size=sizeof(struct sockaddr_in); int access_skt = accept(skt, (struct sockaddr *)&c_skt, &s_size);
char buf[1024]; if (recv(access_skt, buf, 1024, 0) == -1) { exit(1); } req(buf, access_skt); } }
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小伙伴们可以编写更加灵活的指定资源类型、错误处理等完善这个 demo。
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