C语言实现基于Linux，epoll和多线程的WebServer服务器

代码结构：

Server.h

头文件，对函数进行了声明

#pragma once
#include<stdio.h>
// 新建一个用于TCP监听的socket文件描述符，并返回
int initListenFd(unsigned short port);// 启动epoll
int epollRun(int lfd);// accept建立连接
void* acceptClient(void* arg);// 接收http请求, cfd表示连接socket， epfd表示epoll树
void* recvHttpRequest(void* arg);// 解析HTTP的请求行
int parseRequestLine(const char *line, int cfd);// 发送文件(即HTTP相应报文的数据部分，不包括状态行和首部行)
int sendFile(const char* fileName, int cfd);// 发送响应头（状态行+首部行）
int sendHeadMsg(int cfd, int status, const char* descr, const char* type, int length);// 根据文件的后缀/文件名，得到文件的type，作为HTTP响应报文的首部字段content_type的值
const char* getFileType(const char* name);//发送目录
int sendDir(const char* dirName, int cfd);// 将字符转换为整形
int hexToDec(char c);//解码
// to 存储解码之后的数据, 传出参数, from被解码的数据, 传入参数
void decodeMsg(char* to, char* from);

Server.c

函数实现

#include "Server.h"
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>  // 设置socket非阻塞
#include <errno.h>  // 判断errno
#include <unistd.h>
#include <strings.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <assert.h>
#include <sys/sendfile.h>
#include <dirent.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <ctype.h> // 封装线程工作函数的参数
typedef struct FdInfo{int fd; // 文件描述符（用于监听/通信）int epfd; // epoll树实例 pthread_t tid; // 线程id 
}FdInfo;// 新建一个用于TCP监听的socket文件描述符，并返回
int initListenFd(unsigned short port){// 1. 创建监听的fdint lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(lfd==-1){perror("socket");return -1;}// 2. 设置端口复用int opt = -1;int ret = setsockopt(lfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof opt);if(ret == -1){perror("setsockopt");return -1;}// 3. 绑定Ip和端口号struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(port);addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;ret = bind(lfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof addr);if(ret == -1){perror("bind");return -1;}    // 4. 设置监听ret = listen(lfd, 128);if(ret == -1){perror("listen");return -1;}// 5. 返回fdreturn lfd;
}// 启动epoll
int epollRun(int lfd){// 1. 创建epoll实例int epfd = epoll_create(1); // 该参数已经费用，1没有实际意义if(epfd == -1){perror("epoll_create");return -1;}// 2. 将lfd添加到epoll的红黑树上struct epoll_event ev; // 创建返回时的数据evev.data.fd=lfd;ev.events = EPOLLIN;int ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, lfd, &ev);if(ret == -1){perror("epoll_ctl(EPOLL_CTL_ADD)");return -1;}// 3. 开始检测epoll树上是否有就绪的节点，并进行处理struct epoll_event evs[1024];  //epoll_wait的传出参数，就绪的节点被放在里面int size = sizeof(evs) / sizeof(struct epoll_event);  while(1){int num = epoll_wait(epfd, evs, size, -1); //-1表示一直阻塞，直到检测到已就绪的文件描述符for(int i=0;i<num;++i){  //遍历前num个就绪的节点FdInfo *info = (FdInfo *)malloc(sizeof(FdInfo));        int fd = evs[i].data.fd;info->epfd = epfd;info->fd = fd;if(fd == lfd){ // 如果是监听socket，则建立新的连接 accept// acceptClient(fd, epfd); pthread_create(&info->tid, NULL, acceptClient, info);}else{ // 如果是连接socket，则进行处理// recvHttpRequest(fd, epfd); pthread_create(&info->tid, NULL, recvHttpRequest, info);}}}
}// accept建立连接，并将得到的用于连接的socket文件描述符添加到epoll树实例上去
void* acceptClient(void* arg){ // lfd表示用于监听的socket，epfd表示epoll实例FdInfo *info = (FdInfo*)arg;// 1. 建立连接int cfd = accept(info->fd, NULL, NULL);if(cfd == -1){perror("accept");return NULL;}// printf("连接socket:%d\n",cfd);//2. 设置连接socket非阻塞int flag = fcntl(cfd, F_GETFL);flag |= O_NONBLOCK;fcntl(cfd, F_SETFL, flag);//3. 将用于连接的socket添加到epoll树上struct epoll_event ev;ev.data.fd=cfd ;ev.events = EPOLLIN | EPOLLET ;  // 用于连接的socket即需要读，又需要写int ret = epoll_ctl(info->epfd, EPOLL_CTL_ADD, cfd, &ev);if(ret == -1){perror("epoll_ctl(EPOLL_CTL_ADD)");return NULL;}free(info);return NULL;
}// 连接socket的工作函数
void* recvHttpRequest(void* arg){FdInfo *info = (FdInfo*)arg;int len = 0, total=0; // len是每一次while读取的数据长度，total表示总共的长度char tmp[1024] = { 0 };  // 每一次循环读取的数据char buf[4096] = { 0 }; // 存储整个的客户端数据块，即将每一次循环读取的数据连在一起// 由于使用了非阻塞cfd，所以需要循环的接受数据while((len=recv(info->fd, tmp, sizeof tmp, 0)) > 0){if(total+len<sizeof buf){memcpy(buf+total,tmp, len); //将mid_buf拼接到buf后面}total+=len;  // 更新total}// 判断recv是读完了数据，还是读数据失败了，因为二者都会返回-1（根据error number进行判断）if(len==-1 && errno == EAGAIN){  //如果是读数据读完了，则可以得到一个HTTP请求报文// 截取出HTTP的请求行char *pt = strstr(buf, "\r\n"); //pt指针指向\r这个字符int reqLen = pt-buf;buf[reqLen] = '\0'; //直接截断parseRequestLine(buf, info->fd);}else if (len == 0 ){ // 客户端断开了连接epoll_ctl(info->epfd, EPOLL_CTL_DEL, info->fd, NULL); //从epoll模型上删除当前用于通信的节点close(info->fd); //关闭文件描述符}else{ // 如果是读数据失败了perror("recv");}free(info);return NULL;
}// HTTP报文格式：
// 方法 URL 版本[CRLF]  如：get /xxx/1.jpg HTTP/1.1
// 首部字段: 值[CRLF]
// ...[CRLF]
// 首部字段: 值[CRLF]
// [CRLF]
// 数据实体// 解析HTTP的请求行
int parseRequestLine(const char *line, int cfd){// 解析请求行char method[12]; // 存储客户端请求方法，如GET/POSTchar path[1024];sscanf(line, "%[^ ] %[^ ]", method, path);printf("请求内容: \nmethod:%s, path:%s\n\n",method, path);// 不区分大小写的比较，如果不等于0，则返回-1（目前只接收get方法）if(strcasecmp(method, "get") != 0){ return -1;}decodeMsg(path, path); //转换为utf8编码，这样可以支持中文等特殊字符// 处理客户端请求的静态资源（目录或文件），因为当前获得的/xxx/1.jpg是相对于工作路径的，所以需要转换为./xxx/1.jpg或者xxx/1.jpgchar *file = NULL;if(strcmp(path, "/") == 0){ //如果get当前的工作目录file = "./";}else{file = path+1; // get工作目录中的一个资源}// 判断文件的属性(目录还是文件)struct stat st; //stat函数的传出采纳数int ret = stat(file, &st);if(ret == -1){ //-1表示文件不存在// 如果文件不存在，返回404界面sendHeadMsg(cfd, 404, "Not Found", getFileType(".html"), -1); //发送HTTP相应报文的状态行和首部行，-1表示让浏览器自己读数据的长度sendFile("404.html", cfd);return 0;}// 判断文件的类型，如果是目录if(S_ISDIR(st.st_mode)) //S_ISDIR是Linux提供的宏，判断是否是目录，是则返回1{// 将本地目录的内容发送给客户端sendHeadMsg(cfd, 200, "OK", getFileType(".html"), -1);sendDir(file, cfd);}// 如果是文件else{// 将文件的内容发送给客户端sendHeadMsg(cfd, 200, "OK", getFileType(file), st.st_size); //发送HTTP相应报文的状态行和首部行sendFile(file, cfd);  //发送文件}return 0;
}// 发送响应头（状态行+首部行）
int sendHeadMsg(int cfd, int status, const char* descr, const char* type, int length){char buf[4096] = {0};// 状态行sprintf(buf, "http/1.1 %d %s\r\n", status, descr);// 首部行和空行（\r\n）sprintf(buf+strlen(buf), "content-type: %s\r\n", type);sprintf(buf+strlen(buf), "content-length: %d\r\n\r\n", length);//发送状态行和首部行send(cfd, buf, strlen(buf), 0);return 0;
}// 发送数文件（HTTP相应报文的数据部分），由于使用了TCP面向连接的流式传输协议，所以可以读一部分发一部分数据
int sendFile(const char* fileName, int cfd){  // cfd表示建立连接的socket文件描述符// 1.打开文件，并获得文件描述符int fd = open(fileName, O_RDONLY); //O_RDONLY表示只读文件assert(fd>0);
#if 0  // 直接手写发送数据，但是可以有更简单的方式while(1){char buf[1024];int len = read(fd, buf, sizeof(buf)); //读数据if(len>0){send(cfd, buf, len, 0);  // 将读到的数据发送给客户端usleep(10); // 给接收端一些时间去接收数据，防止客户端接收数据出错}else if(len == 0){break;}else{perror("read");}}
#else //直接使用系统函数sendfile发送文件，相比于手写更简单off_t offset = 0;int size = lseek(fd, 0, SEEK_END); //得到文件的大小，seek_end将文件指针移动到文件的末尾lseek(fd, 0, SEEK_SET); // seek_set将文件的指针重新移动到文件的头部while(offset<size) //循环发送文件，如果是大文件，只发送一次sendfile会导致写缓存写满，剩余的数据就发送不出去了{int ret = sendfile(cfd, fd, &offset, size-offset); //sendfile会自动给offset赋值，表示当前读的偏移量// printf("ret value: %d\n", ret);if(ret == -1 && errno!=EAGAIN){perror("sendfile");}}#endifclose(fd);return 0;
}/* HTML文件发送目录时的格式
<html><head><title>test</title></head><body><table><tr>     // 每一都tr都是一个行，td是一个列<td></td>  // 文件名<td></td>   // 文件大小</tr><tr><td></td><td></td></tr></table></body>
</html>
*/
//发送目录，使用scandir进行单层目录的遍历
int sendDir(const char* dirName, int cfd){ //dirName表示目录名char buf[4096] = { 0 };sprintf(buf, "<html><head><title>%s</title></head><body><table>", dirName);struct dirent** namelist; //namelist指向的是一个指针数组struct dirent* tmp[]int num = scandir(dirName, &namelist, NULL, alphasort);for(int i=0;i<num;++i){char* name = namelist[i]->d_name; //拿到了文件名字struct stat st;  //将目录名与文件名进行拼接char subPath[1024] = { 0 };sprintf(subPath, "%s/%s", dirName, name);stat(subPath, &st);  //用于判断name所表示的文件的类型if(S_ISDIR(st.st_mode)){ //如果是目录sprintf(buf+strlen(buf),   "<tr><td><a href=\"%s/\">%s</a></td><td>%ld</td></tr>",name, name, st.st_size); //使用a标签设置超链接标签}else{  // 如果是文件sprintf(buf+strlen(buf), "<tr><td><a href=\"%s\">%s</a></td><td>%ld</td></tr>",name, name, st.st_size); //使用a标签设置超链接标签}send(cfd, buf, strlen(buf),0);memset(buf,0,sizeof buf);free(namelist[i]);}sprintf(buf, "</table></body></html> ");send(cfd, buf, strlen(buf), 0);free(namelist);return 0;
}// 根据文件的后缀/文件名，得到文件的type，作为HTTP响应报文的首部字段content_type的值
const char* getFileType(const char* name)
{// a.jpg a.mp4 a.html// 自右向左查找‘.’字符, 如不存在返回NULLconst char* dot = strrchr(name, '.');if (dot == NULL)return "text/plain; charset=utf-8";	// 纯文本if (strcmp(dot, ".html") == 0 || strcmp(dot, ".htm") == 0)return "text/html; charset=utf-8";if (strcmp(dot, ".jpg") == 0 || strcmp(dot, ".jpeg") == 0)return "image/jpeg";if (strcmp(dot, ".gif") == 0)return "image/gif";if (strcmp(dot, ".png") == 0)return "image/png";if (strcmp(dot, ".css") == 0)return "text/css";if (strcmp(dot, ".au") == 0)return "audio/basic";if (strcmp(dot, ".wav") == 0)return "audio/wav";if (strcmp(dot, ".avi") == 0)return "video/x-msvideo";if (strcmp(dot, ".mov") == 0 || strcmp(dot, ".qt") == 0)return "video/quicktime";if (strcmp(dot, ".mpeg") == 0 || strcmp(dot, ".mpe") == 0)return "video/mpeg";if (strcmp(dot, ".vrml") == 0 || strcmp(dot, ".wrl") == 0)return "model/vrml";if (strcmp(dot, ".midi") == 0 || strcmp(dot, ".mid") == 0)return "audio/midi";if (strcmp(dot, ".mp3") == 0)return "audio/mpeg";if (strcmp(dot, ".ogg") == 0)return "application/ogg";if (strcmp(dot, ".pac") == 0)return "application/x-ns-proxy-autoconfig";return "text/plain; charset=utf-8";
}// 将字符转换为整形数
int hexToDec(char c)
{if (c >= '0' && c <= '9')return c - '0';if (c >= 'a' && c <= 'f')return c - 'a' + 10;if (c >= 'A' && c <= 'F')return c - 'A' + 10;return 0;
}// 解码
// to 存储解码之后的数据, 传出参数, from被解码的数据, 传入参数
void decodeMsg(char* to, char* from)
{for (; *from != '\0'; ++to, ++from){// isxdigit -> 判断字符是不是16进制格式, 取值在 0-f// Linux%E5%86%85%E6%A0%B8.jpgif (from[0] == '%' && isxdigit(from[1]) && isxdigit(from[2])){// 将16进制的数 -> 十进制 将这个数值赋值给了字符 int -> char// B2 == 178// 将3个字符, 变成了一个字符, 这个字符就是原始数据*to = hexToDec(from[1]) * 16 + hexToDec(from[2]);// 跳过 from[1] 和 from[2] 因此在当前循环中已经处理过了from += 2;}else{// 字符拷贝, 赋值*to = *from;}}*to = '\0';
}

main函数

#include "Server.h"
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char* argv[]){// 用户传入的参数为 [默认参数，port, path]，即启动当前服务器，设置端口号port和工作路目录pathif(argc<3){printf("./a.out port path\n");return -1;}// 拿到端口号unsigned short port = atoi(argv[1]);  // argv to int// 修改当前目录到工作目录chdir(argv[2]);printf("端口号: %d\n工作目录: %s\n", port, argv[2]);// 初始化用于监听的套接字int lfd = initListenFd(port); //设置端口号，并返回一个监听文件描述符printf("用于监听的文件描述符: %d\n",lfd);//启动服务器程序epollRun(lfd);return 0;
}

启动指令：

# 1. 在文件目录下，编译所有.c文件，生成可执行文件Server
gcc *.c -l pthread -o Server# 2. 运行Server， 运行指令的格式为 ./Server port filePath, 如：
./Server 10000 /
# 表示端口号为10000， 工作目录为根目录/（只是实例，一般需要自己的一个sources资源目录）

控制台输打印示例

参考：大丙课堂