Linux Reactor网络模型与高效http静态服务器构建

原创

Lion Long

发布于 2024-08-14 23:25:05

770

发布于 2024-08-14 23:25:05

文章被收录于专栏：后端开发技术

1、Reactor简介

Reactor意译“反应堆”，是一种事件驱动机制，程序需要提供回调函数，注册到reactor中。 Reactor模型包含三个重要组件：多路复用器，事件分离器，事件处理器。多路复用器在Linux上一般是select、poll、epoll；事件分离器是调用对应注册的回调函数；事件处理器是回调函数的执行，如读、写数据操作。

一个程序监控多个IO，所有要处理的事件注册到一个中心IO多路复用器epoll上，由epoll进行管理，当epoll检测到一个IO事件到来或准备就绪时，epoll触发相对应的IO事件；reactor就是对所有的事件做成反应堆模式，当事件触发时，调用相对应的回调函数。比如，IO的可读事件调用读数据的回调函数，IO的可写事件调用发送数据回调函数。每个IO相互独立，都有自己相对应的回调函数，互不影响。

2、Reactor存在的理由

1、epoll是对IO的管理，检测接入的IO，触发IO事件；reactor是对事件的管理，不同的事件调用不同的回调函数；这样带来的好处是每个事件对应不同的回调函数，每个事件数据互不影响。 2、事件封装；对未处理的事件放在独立的buffer中；对于http服务器可以优先处理一部分数据。

3、sendfile()说明

在HTTP服务器中，返回资源文件时可以使用sendfile函数来发送body部分，提高效率。函数原型：

#include <sys/sendfile.h>

ssize_t sendfile(int out_fd, int in_fd, off_t *offset, size_t count);

说明： sendfile在一个文件描述符和另一个文件描述符之间复制数据。由于这种复制是在内核中完成的，因此sendfile比读和写的组合更有效，后者需要在用户空间之间传输数据。参数说明：

参数	含义
out_fd	为读取而打开的文件描述符，通常是文件的fd
in_fd	为写入而打开的文件描述符
out_fd	如果offset不为NULL，则它指向保存文件偏移量的变量，将从该变量开始从infd读取数据。如果偏移量为NULL，则从当前文件偏移量开始从in fd读取数据，并通过调用更新文件偏移量。
count	在文件描述符之间复制的字节数

返回值：如果传输成功，则返回写入out_ fd的字节数。请注意，成功调用sendfile()可能会写入比请求更少的字节；如果存在未发送的字节，调用方应准备重试调用。传输失败返回负数。

错误代码：

错误码	含义
EAGAIN	已使用ONONBLOCK选择非阻塞I/O，sendfile需要写入阻塞。
EBADF	未打开输入文件进行读取，或未打开输出文件进行写入。
EFAULT	地址不正确。
EINVAL	描述符无效或已锁定，或者类似mmap的操作不可用于in_fd，或者计数为负。
EINVAL	out_ fd设置了O_APPEND。sendfile()当前不支持此操作。
EIO	从in_ fd读取时出现未指定错误。
ENOMEM	内存不足，无法从in_ fd读取。
EOVERFLOW	计数太大，该操作将导致超过输入文件或输出文件的最大大小。
ESPIPE	偏移量不为NULL，但输入文件不可搜索（2）。

4、HTTP常用的请求方法

方法	含义
GET	获取资源
POST	提交数据
PUT	更新数据
DELETE	删除数据

5、HTTP静态服务器

HTTP静态服务器可以基于Reactor，实现高并发，reactor的实现可参考上一篇：开启极速之旅：了解Linux网络设计中的Reactor模型与百万级并发实践

5.1 接收数据逻辑 -- recv

HTTP服务器接受请求时，不必接收完所有的数据才进行数据解析，可以读一部分数据先进行解析，再解析后面的数据。可以按行解析，如HTTP请求时，可以先解析GET方法所在行的数据，里面就包含了请求资源的位置。

5.2 发送数据逻辑 -- send

HTTP服务器返回数据和接收数据的类似，可以先发送http的头数据，再发送内容。数据拷贝到自己的buffer，发送数据，发送完重新设置事件，设为读就绪。

5.3 HTTP服务器实现

HTTP请求包中GET所在行包含的数据有三部分：请求方法（GET），请求的资源，协议版本号。

5.3.1、HTTP请求包解析

业务分析是recv完之后的操作，一般recv最好是按行读取数据，方便数据分析和处理。简单示例：

// 读取一行数据
int readline(char *buffer,int idx,char *linebuffer)
{
   
    int len=strlen(buffer);
    for(;idx<len;idx++)
    {
   
        if(buffer[idx]=='\r' && buffer[idx+1]=='\n')
            return idx+2;
        *(linebuffer++)=buffer[i];
    }
    return  -1;
}

int nty_http_request(struct ntyevent *ev/*用于解析的结构体*/)
{
   
    char linebuffer[1024];
    readline(ev->buffer,0,linebuffer);
    if(strstr(linebuffer,"GET "))
    {
   
        ev->method=HTTP_METHOD_GET;//标识为HTTP的GET方法
        //解析资源包
        int i = strlen("GET ");
        while (linebuffer[i] != ' ')
            i++;
        linebuffer[i] = '\0';

        sprintf(ev->resource, "%s%s", HTTP_WEB_ROOT,linebuffer + 4);//将请求资源保存
;    }
    else if(strstr(linebuffer,"POST "))
    {
   
        /*处理POST方法*/
    }
    return 0;
}

nty_http_request函数在recv之后调用。

5.3.2、HTTP打包发送

HTTP服务器应答需要打包数据，包括HTTP Header和body。在send之前操作，一般将HTTP header和body分开发送。简单示例：

// http header 打包
int nty_http_response_get_method(struct ntyevent *ev)
{
   
    int len;
    int filefd = open(ev->resource, O_RDONLY);
    if (filefd == -1)
    {
   
        len = sprintf(ev->wbuffer,
            "HTTP/1.1 200 OK\r\n"
            "Accept-Ranges: bytes\r\n"
            "Content-Length: 78\r\n"
            "Content-Type: text/html\r\n"
            "Date: Sat, 06 Aug 2022 13:16:46 GMT\r\n\r\n"
            "<html><head><title>FLY.TestWeb</title></head><body><h1>FLY.</h1><body/></html>");

        ev->wlength = len;
    }
    else
    {
   
        struct stat stat_buf;
        fstat(filefd, &stat_buf);
        close(filefd);
        len = sprintf(ev->wbuffer,
            "HTTP/1.1 200 OK\r\n"
            "Accept-Ranges: bytes\r\n"
            "Content-Length: %ld\r\n"
            "Content-Type: text/html\r\n"
            "Date: Sat, 06 Aug 2022 13:16:46 GMT\r\n\r\n"
            ,stat_buf.st_size);
        ev->wlength = len;
    }
    return len;
}
int nty_http_response(struct ntyevent *ev/*用于解析的结构体*/)
{
   
    if(ev->method==HTTP_METHOD_GET)//获取HTTP的请求方法
    {
   
        nty_http_response_get_method(ev);//http头打包
    }
    else if(ev->method==HTTP_METHOD_POST)//获取HTTP的请求方法
    {
   
    }
}

// 发送数据回调函数
int send_cb(struct ntyevent *ev)
{
   
    ......
    send(fd,ev->wbuffer,ev->length,0);//发送http的头数据

    int filefd=open(ev->resource,O_RDONLY);//只读方式打开文件
    struct stat stat_buff;

    // 设置阻塞模式
    fstat(filefd,&stat_buff);
    int flag = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
    flag &= ~O_NONBLOCK;
    fcntl(fd, F_SETFL, flag);

    sendfile(filefd,fd,NULL,st_size);// 发送http body

    // 还原非阻塞模式
    flag |= O_NONBLOCK;
    fcntl(fd, F_SETFL, flag);

    close(filefd);

    send(fd, "\r\n", 2, 0);
    ......
}

6 content-type常用类型

参数	含义
text/html	HTML格式
application/x-www-form-urlencoded form	表单数据被编码
application/json	JSON数据格式
text/plain	纯文本格式
text/xml	XML格式
image/gif	gif图片格式
image/jpeg	jpg图片格式
image/png	png图片格式
application/octet-stream	二进制流数据