C语言开发Linux下web服务器(支持GET/POST,SSL,目录显示等)

时间：2022-07-29 17:55:44
这个主要是在CSAPP基础上做的，添加了POST，SSL，目录显示等功能。

一、 实现功能：
1. 支持GET/POST方法
2. 支持SSL安全连接即HTTPS
3. 支持CGI
4. 基于IP地址和掩码的认证
5. 目录显示
6. 日志功能

7. 错误提示页面


github地址:https://github.com/Skycrab/Linux-C-Web-Server


源代码下载地址：点击打开链接

二、设计原理

首先介绍一些HTTP协议基本知识。
#1.GET/POST
本实现支持GET/POST方法，都是HTTP协议需要支持的标准方法。
GET方法主要是通过URL发送请求和传送数据，而POST方法在请求头空一格之后传送数据，所以POST方法比GET方法安全性高，因为GET方法可以直接看到传送的数据。另外一个区别就是GET方法传输的数据较小，而POST方法很大。所以一般表单，登陆页面等都是通过POST方法。

#2.MIME类型
   当服务器获取客户端的请求的文件名，将分析文件的MIME类型，然后告诉浏览器改文件的MIME类型，浏览器通过MIME类型解析传送过来的数据。具体来说，浏览器请求一个主页面，该页面是一个HTML文件，那么服务器将”text/html”类型发给浏览器，浏览器通过HTML解析器识别发送过来的内容并显示。

下面将描述一个具体情景。
   客户端使用浏览器通过URL发送请求，服务器获取请求。
如浏览器URL为：127.0.0.1/postAuth.html,
那么服务器获取到的请求为：GET  /postAuth.html  HTTP/1.1
意思是需要根目录下postAuth.html文件的内容，通过GET方法，使用HTTP/1.1协议(1.1是HTTP的版本号)。这是服务器将分析文件名，得知postAuth.html是一个HTML文件，所以将”text/html”发送给浏览器，然后读取postAuth.html内容发给浏览器。

实现简单的MIME类型识别代码如下：
主要就是通过文件后缀获取文件类型。

static void get_filetype(const char *filename, char *filetype) {
    if (strstr(filename, ".html"))
strcpy(filetype, "text/html");
    else if (strstr(filename, ".gif"))
strcpy(filetype, "image/gif");
    else if (strstr(filename, ".jpg"))
strcpy(filetype, "image/jpeg");
    else if (strstr(filename, ".png"))
strcpy(filetype, "image/png");
    else
strcpy(filetype, "text/plain");
}

如果支持HTTPS的话，那么我们就#define HTTPS，这主要通过gcc 的D选项实现的，具体细节可参考man手册。

静态内容显示实现如下： 

static void serve_static(int fd, char *filename, int filesize) {    int srcfd;    char *srcp, filetype[MAXLINE], buf[MAXBUF];     /* Send response headers to client */    get_filetype(filename, filetype);    sprintf(buf, "HTTP/1.0 200 OK\r\n");    sprintf(buf, "%sServer: Tiny Web Server\r\n", buf);    sprintf(buf, "%sContent-length: %d\r\n", buf, filesize);    sprintf(buf, "%sContent-type: %s\r\n\r\n", buf, filetype);    /* Send response body to client */    srcfd = Open(filename, O_RDONLY, 0);    srcp = Mmap(0, filesize, PROT_READ, MAP_PRIVATE, srcfd, 0);    Close(srcfd);    #ifdef HTTPS     if(ishttps)    {    SSL_write(ssl, buf, strlen(buf));SSL_write(ssl, srcp, filesize);    }    else    #endif    {Rio_writen(fd, buf, strlen(buf));Rio_writen(fd, srcp, filesize);    }    Munmap(srcp, filesize);}

#3.CGI规范
   如果只能显示页面那么无疑缺少动态交互能力，于是CGI产生了。CGI是公共网关接口(Common Gateway Interface),是在CGI程序和Web服务器之间传递信息的规则。CGI允许Web服务器执行外部程序，并将它们的输出发送给浏览器。这样就提供了动态交互能力。 

那么服务器是如何分开处理静态页面和动态CGI程序的呢？这主要是通过解析URL的方式。我们可以定义CGI程序的目录，如cgi-bin,那么如果URL包含”cgi-bin”字符串则这是动态程序，且将URL的参数给cgiargs。如果是静态页面，parse_uri返回1，反正返回0。所以我们可以通过返回值区别不同的服务类型。
具体解析URL方式如下： 

static int parse_uri(char *uri, char *filename, char *cgiargs) {    char *ptr;    char tmpcwd[MAXLINE];    strcpy(tmpcwd,cwd);    strcat(tmpcwd,"/");    if (!strstr(uri, "cgi-bin"))     {  /* Static content */strcpy(cgiargs, "");strcpy(filename, strcat(tmpcwd,Getconfig("root")));strcat(filename, uri);if (uri[strlen(uri)-1] == '/')    strcat(filename, "home.html");return 1;    }    else     {  /* Dynamic content */ptr = index(uri, '?');if (ptr) {    strcpy(cgiargs, ptr+1);    *ptr = '\0';}else     strcpy(cgiargs, "");strcpy(filename, cwd);strcat(filename, uri);return 0;    }}

GET方式的CGI规范实现原理:
   服务器通过URL获取传给CGI程序的参数，设置环境变量QUERY_STRING，并将标准输出重定向到文件描述符，然后通过EXEC函数簇执行外部CGI程序。外部CGI程序获取QUERY_STRING并处理，处理完后输出结果。由于此时标准输出已重定向到文件描述符，即发送给了浏览器。
实现细节如下：由于涉及到HTTPS，所以稍微有点复杂。 

void get_dynamic(int fd, char *filename, char *cgiargs) {    char buf[MAXLINE], *emptylist[] = { NULL },httpsbuf[MAXLINE];    int p[2];    /* Return first part of HTTP response */    sprintf(buf, "HTTP/1.0 200 OK\r\n");    sprintf(buf, "%sServer: Web Server\r\n",buf);    #ifdef HTTPS     if(ishttps)    SSL_write(ssl,buf,strlen(buf));    else    #endif       Rio_writen(fd, buf, strlen(buf));    #ifdef HTTPS     if(ishttps)    {    Pipe(p);       if (Fork() == 0){  /* child  */ Close(p[0]);setenv("QUERY_STRING", cgiargs, 1); Dup2(p[1], STDOUT_FILENO);         /* Redirect stdout to p[1] */Execve(filename, emptylist, environ); /* Run CGI program */}Close(p[1]);Read(p[0],httpsbuf,MAXLINE);   /* parent read from p[0] */SSL_write(ssl,httpsbuf,strlen(httpsbuf));    }    else    #endif    {if (Fork() == 0) { /* child *//* Real server would set all CGI vars here */setenv("QUERY_STRING", cgiargs, 1); Dup2(fd, STDOUT_FILENO);         /* Redirect stdout to client */Execve(filename, emptylist, environ); /* Run CGI program */}}}

POST方式的CGI规范实现原理：
   由于POST方式不是通过URL传递参数，所以实现方式与GET方式不一样。
POST方式获取浏览器发送过来的参数长度设置为环境变量CONTENT-LENGTH。并将参数重定向到CGI的标准输入，这主要通过pipe管道实现的。CGI程序从标准输入读取CONTENT-LENGTH个字符就获取了浏览器传送的参数，并将处理结果输出到标准输出，同理标准输出已重定向到文件描述符，所以浏览器就能收到处理的响应。
具体实现细节如下： 

static void post_dynamic(int fd, char *filename, int contentLength,rio_t *rp){    char buf[MAXLINE],length[32], *emptylist[] = { NULL },data[MAXLINE];    int p[2];    #ifdef HTTPS     int httpsp[2];    #endif    sprintf(length,"%d",contentLength);    memset(data,0,MAXLINE);    Pipe(p);    /*       The post data is sended by client,we need to redirct the data to cgi stdin.    *   so, child read contentLength bytes data from fp,and write to p[1];    *    parent should redirct p[0] to stdin. As a result, the cgi script can    *    read the post data from the stdin.     */    /* https already read all data ,include post data  by SSL_read() */       if (Fork() == 0){                     /* child  */ Close(p[0]);#ifdef HTTPS if(ishttps){Write(p[1],httpspostdata,contentLength);}else#endif{Rio_readnb(rp,data,contentLength);Rio_writen(p[1],data,contentLength);}exit(0);}        /* Send response headers to client */    sprintf(buf, "HTTP/1.0 200 OK\r\n");    sprintf(buf, "%sServer: Tiny Web Server\r\n",buf);    #ifdef HTTPS     if(ishttps)    SSL_write(ssl,buf,strlen(buf));    else    #endif        Rio_writen(fd, buf, strlen(buf));    Dup2(p[0],STDIN_FILENO);  /* Redirct p[0] to stdin */    Close(p[0]);    Close(p[1]);    setenv("CONTENT-LENGTH",length , 1);     #ifdef HTTPS     if(ishttps)  /* if ishttps,we couldnot redirct stdout to client,we must use SSL_write */    {    Pipe(httpsp);   if(Fork()==0)  {    Dup2(httpsp[1],STDOUT_FILENO);        /* Redirct stdout to https[1] */ Execve(filename, emptylist, environ); }Read(httpsp[0],data,MAXLINE);SSL_write(ssl,data,strlen(data));    }    else    #endif    {    Dup2(fd,STDOUT_FILENO);        /* Redirct stdout to client */     Execve(filename, emptylist, environ);     }}

目录显示功能原理：
   主要是通过URL获取所需目录，然后获取该目录下所有文件，并发送相应信息，包括文件格式对应图片，文件名，文件大小，最后修改时间等。由于我们发送的文件名是通过超链接的形式，所以我们可以点击文件名继续浏览信息。
具体实现细节如下： 

static void serve_dir(int fd,char *filename){DIR *dp;struct dirent *dirp;    struct stat sbuf;struct passwd *filepasswd;int num=1;char files[MAXLINE],buf[MAXLINE],name[MAXLINE],img[MAXLINE],modifyTime[MAXLINE],dir[MAXLINE];char *p;/** Start get the dir   * for example: /home/yihaibo/kerner/web/doc/dir -> dir[]="dir/";*/p=strrchr(filename,'/');++p;strcpy(dir,p);strcat(dir,"/");/* End get the dir */if((dp=opendir(filename))==NULL)syslog(LOG_ERR,"cannot open dir:%s",filename);    sprintf(files, "<html><title>Dir Browser</title>");sprintf(files,"%s<style type=""text/css""> a:link{text-decoration:none;} </style>",files);sprintf(files, "%s<body bgcolor=""ffffff"" font-family=Arial color=#fff font-size=14px>\r\n", files);while((dirp=readdir(dp))!=NULL){if(strcmp(dirp->d_name,".")==0||strcmp(dirp->d_name,"..")==0)continue;sprintf(name,"%s/%s",filename,dirp->d_name);Stat(name,&sbuf);filepasswd=getpwuid(sbuf.st_uid);if(S_ISDIR(sbuf.st_mode)){sprintf(img,"<img src=""dir.png"" width=""24px"" height=""24px"">");}else if(S_ISFIFO(sbuf.st_mode)){sprintf(img,"<img src=""fifo.png"" width=""24px"" height=""24px"">");}else if(S_ISLNK(sbuf.st_mode)){sprintf(img,"<img src=""link.png"" width=""24px"" height=""24px"">");}else if(S_ISSOCK(sbuf.st_mode)){sprintf(img,"<img src=""sock.png"" width=""24px"" height=""24px"">");}elsesprintf(img,"<img src=""file.png"" width=""24px"" height=""24px"">");sprintf(files,"%s<p><pre>%-2d%s""<a href=%s%s"">%-15s</a>%-10s%10d %24s</pre></p>\r\n",files,num++,img,dir,dirp->d_name,dirp->d_name,filepasswd->pw_name,(int)sbuf.st_size,timeModify(sbuf.st_mtime,modifyTime));}closedir(dp);sprintf(files,"%s</body></html>",files);/* Send response headers to client */sprintf(buf, "HTTP/1.0 200 OK\r\n");sprintf(buf, "%sServer: Tiny Web Server\r\n", buf);sprintf(buf, "%sContent-length: %d\r\n", buf, strlen(files));sprintf(buf, "%sContent-type: %s\r\n\r\n", buf, "text/html");#ifdef HTTPSif(ishttps){SSL_write(ssl,buf,strlen(buf));SSL_write(ssl,files,strlen(files));}else#endif{Rio_writen(fd, buf, strlen(buf));Rio_writen(fd, files, strlen(files));}exit(0);}

HTTPS的实现：
   HTTPS主要基于openssl的开源库实现。如果没有安装，那么我们就不#define HTTPS。
HTTPS的功能主要就是提供安全的连接，服务器和浏览器之间传送的数据是通过加密的，加密方式可以自己选定。
   开始连接时，服务器需要发送CA，由于我们的CA是自己签发的，所以需要我们自己添加为可信。


访问控制功能：
主要是通过获取客户端IP地址，并转换为整数，与上配置文件中定义的掩码，如果符合配置文件中允许的网段，那么可以访问，否则不可以。
具体实现如下。 

static long long ipadd_to_longlong(const char *ip){const char *p=ip;int ge,shi,bai,qian;qian=atoi(p);p=strchr(p,'.')+1;bai=atoi(p);p=strchr(p,'.')+1;shi=atoi(p);p=strchr(p,'.')+1;ge=atoi(p);return (qian<<24)+(bai<<16)+(shi<<8)+ge;}int access_ornot(const char *destip) // 0 -> not 1 -> ok{//192.168.1/255.255.255.0char ipinfo[16],maskinfo[16];char *p,*ip=ipinfo,*mask=maskinfo;char count=0;char *maskget=Getconfig("mask");const char *destipconst,*ipinfoconst,*maskinfoconst;if(maskget==""){printf("ok:%s\n",maskget);return 1;}p=maskget;/* get ipinfo[] start */while(*p!='/'){if(*p=='.')++count;*ip++=*p++;}while(count<3){*ip++='.';*ip++='0';++count;}*ip='\0';/* get ipinfo[] end *//* get maskinfo[] start */++p;while(*p!='\0'){if(*p=='.')++count;*mask++=*p++;}while(count<3){*mask++='.';*mask++='0';++count;}*mask='\0';/* get maskinfo[] end */destipconst=destip;ipinfoconst=ipinfo;maskinfoconst=maskinfo;return ipadd_to_longlong(ipinfoconst)==(ipadd_to_longlong(maskinfoconst)&ipadd_to_longlong(destipconst));}

配置文件的读取：
主要选项信息都定义与配置文件中。
格式举例如下;
#HTTP PORT
PORT = 8888
所以读取配置文件函数具体如下： 

static char* getconfig(char* name){/*pointer meaning:...port...=...8000...   |  |   |   |  |  *fs |   |   |  *be    f->forward  b-> back      *fe |   *bs       s->start    e-> end          *equal*/static char info[64];int find=0;char tmp[256],fore[64],back[64],tmpcwd[MAXLINE];char *fs,*fe,*equal,*bs,*be,*start;strcpy(tmpcwd,cwd);strcat(tmpcwd,"/");FILE *fp=getfp(strcat(tmpcwd,"config.ini"));while(fgets(tmp,255,fp)!=NULL){start=tmp;equal=strchr(tmp,'=');while(isblank(*start))++start;fs=start;if(*fs=='#')continue;while(isalpha(*start))++start;fe=start-1;strncpy(fore,fs,fe-fs+1);fore[fe-fs+1]='\0';if(strcmp(fore,name)!=0)continue;find=1;start=equal+1;while(isblank(*start))++start;bs=start;while(!isblank(*start)&&*start!='\n')++start;be=start-1;strncpy(back,bs,be-bs+1);back[be-bs+1]='\0';strcpy(info,back);break;}if(find)return info;elsereturn NULL;}


二、 测试
本次测试使用了两台机器。一台Ubuntu的浏览器作为客户端，一台Redhat作为服务器端，其中Redhat是Ubuntu上基于VirtualBox的一台虚拟机。

IP地址信息如下：

Ubuntu的vboxnet0：

C语言开发Linux下web服务器(支持GET/POST,SSL,目录显示等)

RedHateth0:

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RedHat主机编译项目：

C语言开发Linux下web服务器(支持GET/POST,SSL,目录显示等)

由于我们同事监听了8000和4444，所以有两个进程启动。


HTTP的首页：

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目录显示功能：

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HTTP GET页面：

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HTTPGET响应：

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从HTTP GET响应中我们观察URL，参数的确是通过URL传送过去的。

其中getAuth.c如下：

#include "wrap.h"#include "parse.h"int main(void) {    char *buf, *p;    char name[MAXLINE], passwd[MAXLINE],content[MAXLINE];    /* Extract the two arguments */    if ((buf = getenv("QUERY_STRING")) != NULL) {p = strchr(buf, '&');*p = '\0';strcpy(name, buf);strcpy(passwd, p+1);    }    /* Make the response body */    sprintf(content, "Welcome to auth.com:%s and %s\r\n<p>",name,passwd);    sprintf(content, "%s\r\n", content);    sprintf(content, "%sThanks for visiting!\r\n", content);      /* Generate the HTTP response */    printf("Content-length: %d\r\n", strlen(content));    printf("Content-type: text/html\r\n\r\n");    printf("%s", content);    fflush(stdout);    exit(0);}

HTTPS的首页：由于我们的CA不可信，所以需要我们认可

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认可后HTTPS首页：

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HTTPS POST页面：

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HTTPS POST响应：

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从上我们可以看出，POST提交的参数的确不是通过URL传送的。



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