1.基础通信部分

前文说到，web服务器本质上是一个tcp服务器，因此跟tcp服务器相关的所有逻辑都需要实现。

1.1 忽略SIGPIPE信号

这是最常见的容易被忽略的一个逻辑，当客户端连接断开，而服务器还尝试往客户端套接字上写数据时（这个场景实际运行时经常遇到），就会触发SIGPIPE信号，触发这个信号的默认行为是退出进程，因此服务器必须要捕捉并忽略这个信号，否则你的服务器就会在实际运行时莫名其妙的退出，没有任何错误日志和内存转储文件等，让人十分头疼。

1.2 打开侦听端口

首先你应该调用socket函数建立一个侦听套接字：

然后填上服务器的侦听地址：

在我们的服务器中，这两个也是个配置：

其中80是侦听端口，这个我们之前已经提过，不再解释。

0.0.0.0表示，服务器可接收来自所有本地地址（可以简单理解为网卡地址）的连接。

在web服务器实际所部署的服务器主机上，一般都有多个网卡，假设对外的网卡地址是192.168.1.1，对内的网卡地址是192.168.2.1，我们可以把侦听地址配置为192.168.2.1，这样该web服务器就只能通过192.168.2.1访问，不能通过192.168.1.1访问了（注意这个是操作系统层面实现的逻辑，不是我们的web服务器实现的逻辑）。

然后就是常见的bind、listen，bind用于绑定上面提到的本地地址（包括网卡ip和端口），listen用于告诉操作系统，我准备好接受来自上述地址的链接了。

我们准备用epoll实现多路复用机制，因此要调用相关接口将其加到epoll的事件侦听列表中：

上述代码表达的含义是：告诉（EPOLL_CTL_ADD）epoll，我关注侦听套接字（acceptfd）的可读事件（POLLIN | POLLPRI），如果上述事件发生的话，通知我去处理（即有客户端连接到我所侦听的地址和端口时，通知我去处理）。

1.3 事件轮询

先看代码：

上述代码是web服务器的主流程，是我们的web服务器中最重要的一段代码。

第一个要点是epoll_wait，这是操作系统提供的epoll机制的其中一个系统函数。

前面我们提到，epoll是一种多路复用的机制。

什么是多路复用呢？简单理解就是，在一个进程/线程中处理多个套接字连接的一种机制。

我们的web服务器是一个单进程（单线程）的tcp服务器程序，tcp服务器的一个刚需就是同时（或者看似同时）处理多个客户端连接的请求（这就是所谓的高并发），多个客户端连接在服务器程序看来就是多个套接字，这些套接字对应的连接上可能同时都有数据要收取或者发送（比如100个浏览器同时向你发送GET请求），你怎么用一个进程同时处理这100个套接字呢？

最简单的思路是，我们可以写个for循环一个一个地去检测套接字上是否有数据需要收取，这样当然可以，但是效率不高，因为服务器需要不停地轮询，跑在一种类似死循环的状态，比较浪费CPU资源。

好在操作系统直接提供了这种轮询机制，你可以把需要检测的套接字列表告诉操作系统（epoll_ctl，EPOLL_CTL_ADD），然后调用操作系统的轮询函数（epoll_wait），让操作系统帮你去检测各个套接字上是否有事件发生（比如有数据需要收取）。当调用这个函数的时候，你的程序会阻塞在轮询函数（epoll_wait）上，等待该函数返回。当轮询函数返回后，他会给你一个参数，告诉你有几个套接字上事件发生（比如），然后你挨个遍历处理就行了。

值得一提的是，操作系统提供的轮询接口经历过几次更新，最古老的是select和poll，这个是从UNIX时代就继承过来的，后来LINUX平台增加了epoll接口，相比select和poll更高效，更公平，所以我们的程序中直接使用epoll来实现。

知道原理后，再回头看代码：

这行代码中，events是一个结构体数组（结构体类型为struct epoll_event），它是epoll_wait的一个输出参数，里面存放的是需要我们处理的事件信息，这些信息包括套接字文件描述符以及事件类型等。numev是epoll_wait函数的返回值，他表示有几个事件需要我们处理，假设这个值是10，这表示有10个事件需要我们处理，我们遍历events数组的前10个元素查看相关信息并处理即可。

注意到，我们分别用到了events的三个元素：

• data.fd：用于存放套接字的文件描述符，即哪个连接发生了需要处理的事件
• data.ptr:用于存放一些自定义的信息，以指针的形式存在，在EPOLL_CTL_ADD的时候自己填写，当ADD的套接字上有事件发生时，操作系统会把这个指针原样返回给你，方便你使用
• events:指示发生了哪些需要处理的事件

在上述代码中，我们共处理了2类共4个事件：

• 侦听事件：当有客户端连接到服务器的时候触发
• 客户事件：
  • 连接关闭事件：包括主动关闭和被动关闭，当客户端连接断开时触发
  • 套接字可读事件：表明客户端连接给你发了一些数据，你需要收取并处理
  • 套接字可写事件：表明客户端连接有数据接收能力，你可以给他发应答了

1.4 实际例子

下面我们用一个实际的例子来把整个代码流程串起来。

当我们执行（./websvr -d）启动web服务器的时候，websvr进程会执行到打开侦听端口这个过程：

建立侦听套接字：

填写服务器地址：

绑定端口、开始侦听：

然后我们调用epoll_ctl（EPOLL_CTL_ADD）把刚才建立的侦听套接字加到epoll的轮询列表中，开始轮询侦听套接字的事件：

然后websvr程序就会进入到事件轮询的过程中：

其中web_loop函数内部就是在执行上面我们提到的epoll_wait等过程：

当没有客户端（浏览器）发起连接时，epoll_wait就会一直返回0，下面处理事件的循环就无法进入，相当于web_loop函数一直在空转。

当我们在浏览器输入地址发起连接时：

这里的epoll_wait函数就会返回1，然后我们遍历events数组的第一个元素，就会发现data.fd正好是我们在前面EPOLL_CTL_ADD的时候添加进去的那个侦听套接字的fd，然后我们就进入到了下面的web_event_accept执行过程中。

在这个过程中，我们调用accept4系统函数接收客户端浏览器的连接，这个函数返回一个fd（套接字文件描述符），这个fd就对应了我们前面发起的那个客户端浏览器的TCP链接，我们从这个fd上收数据，就是从客户端浏览器上收数据，我们朝这个fd上发数据，就是向客户端浏览器上发数据。

我们仍然调用epoll_ctl（EPOLL_CTL_ADD），把这个fd加到epoll关注的套接字列表中，让epoll帮我们轮询这个fd上的事件，包括客户端浏览器是否向我们发送了数据等事件。

然后我们又进到了web_loop这个函数中：

不同的是，之前epoll_wait只关注一个套接字的事件，即侦听套接字的事件，现在epoll_wait会关注两个套接字的事件，包括侦听套接字和刚才我们通过客户端浏览器发起的TCP连接的套接字。

在前一篇文章中我们提到，我们在浏览器输入地址并回车后，浏览器在发起TCP连接后会自动发送以下数据：

当上述数据到达服务器网卡，被操作系统感知后，操作系统会唤醒上述epoll_wait函数，然后我们的epoll_wait函数就会返回1：

我们会检测到客户端浏览器的fd上EPOLLIN事件触发，然后我们就进入到web_event_read函数中了。

这个函数最核心的代码在下面：

我们调用操作系统提供的recv函数，就能把客户端浏览器发送的那一堆字符串收下并保存到recvbuf变量中，以备后续解析使用。

recv的返回值有三种可能：

• 等于0，表示对端主动关闭了连接，即浏览器主动关闭了连接
• 小于0，一般表示连接异常断开了，当然也有例外，这不在我们的讨论范围内（感兴趣的可以查下非阻塞套接字）
• 大于0，才是真正收到了数据，此时的返回值表示收到了多少字节的数据

收据收完后（即前面那一堆字符串收完后），服务器就能处理了，包括字符串的解析，应答文件的打开和发送等，这个属于业务部分，我们后面再叙。

发送应答时，最终会调用到web_clnt_send这个函数，这个函数有两段核心逻辑，第一段是第一次调用的时候，我们拿到了一个字节数组，这代表了我们要发送的数据（即上一篇文章中那个index.html中的内容），我们把这个字节数组中的数据先保存到缓存中，先不发送。

然后为客户端浏览器的套接字注册一个可写信号，让epoll_wait过程驱动进行发送发送。

注册可写信号的过程如下：

可以看到，我们调用的还是epoll_ctl函数，只不过这次我们注册的信号是EPOLLOUT，而非EPOLLIN。

这时候，程序又进到了epoll_wait那个函数中了：

只不过这次触发的不是EPOLLIN，而是EPOLLOUT了。

然后我们又进入到了web_clnt_send这个函数中了，这时候才会运行它真正的发送逻辑：

与recv不同的是，send的返回值只有两种可能，一种是小于0，一般表示连接断开了，一种是大于0，表示真正发送了一些数据（但是不一定一次发完，一次没发完后续再尝试接续发送即可）。

send函数发完后，数据就跑到了网络上，通过服务器的网卡发出去，再被客户端浏览器的网卡收走，最终被浏览器软件处理并展现。

2.http协议部分

2.1 主要流程

在前面的代码分析中，我们提到，web服务器收到那一堆http请求字符串后，调用了web_clnt_req进行处理。

这个函数的主要过程如下：

首先是从那一堆字符串中解析出相关信息，其中最主要的是要发送的文件路径。

然后是打开要发送的文件，把文件中的内容发送给客户端浏览器。

2.2 http头解析

首先是第一行的三个信息：

直接使用下面的代码读出：

结果如下：

然后解析uri，拼接出来一个完整的路径名：

首先第一行的strcpy，会把”/”处理成”/root/www”。

然后下面的代码会判断客户端浏览器是否提供了具体文件名，比如”index.html”，如果没有，服务器就会根据配置为它加上一个文件名，即把”/root/www”变成”/root/www/index.html”。最终文件名被保存在了req->filename变量中。

然后调用下面的代码，判断一下客户端请求的是动态页面还是静态页面：

以php结尾的我们称为动态页面（因为需要动态生成网页内容），否则我们称为静态页面。

然后我们就会进入到下面处理静态页面的分支中去：

2.3 http应答发送

处理静态页面包括两个主要过程。

第一个过程是http应答头发送，在我们的例子中，文件请求没啥问题，因此我们返回200错误码，表示http请求成功（而如果请求的文件不存在，我们需要返回404错误）。

http应答头长这样：

其中最主要的信息是Content-Length，表示我们接下来要发送多少字节的信息给客户端浏览器，在我们的例子中，就是下面这些信息的长度：

<!DOCTYPE html>
<body>Hello World!</body>
</html>

第二个过程就是客户端浏览器所请求的具体文件的发送了：

首先是打开这个文件：

然后我们一边从文件read，一边调用我们前面封装好的接口给客户端发送数据即可：