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[24610] 2016-01-11_自己动手开发一个Web服务器（三a）

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-18
2016-01-11_自己动手开发一个Web服务器（三a） 来 源 ： 编 程 派 参 考 原 文 ： h t t p : / / r u s l a n s p i v a k . c o m / l s b a w s - p a r t 3 / 作 者 ：   R u s l a n 编 译 文 章 ： h t t p : / / c o d i n g p y . c o m / a r t i c l e / b u i l d - a - s i m p l e - w e b - s e r v e r - p a r t - t h r e e / 自 己 动 手 开 发 一 个   W e b   服 务 器 （ 三 a ） R u s l a n   L i n u x 中 国   2 0 1 6 - 0 1 - 1 1 在 第 二 部 分 中 ， 你 开 发 了 一 个 能 够 处 理 H T T P G E T 请 求 的 简 易 W S G I 服 务 器 。 在 上 一 篇 的 最 后 ， 我 问 了 你 一 个 问 题 ： “ 怎 样 让 服 务 器 一 次 处 理 多 个 请 求 ？ ” 读 完 本 文 ， 你 就 能 够 完 美 地 回 答 这 个 问 题 。 接 下 来 ， 请 你 做 好 准 备 ， 因 为 本 文 的 内 容 非 常 多 ， 节 奏 也 很 快 。 文 中 的 所 有 代 码 都 可 以 在 G i t h u b 仓 库 下 载 。 首 先 ， 我 们 简 单 回 忆 一 下 简 易 网 络 服 务 器 是 如 何 实 现 的 ， 服 务 器 要 处 理 客 户 端 的 请 求 需 要 哪 些 条 件 。 你 在 前 面 两 部 分 文 章 中 开 发 的 服 务 器 ， 是 一 个 i t e r a t i v e   s e r v e r 迭 代 式 服 务 器 ， 还 只 能 一 次 处 理 一 个 客 户 端 请 求 。 只 有 在 处 理 完 当 前 客 户 端 请 求 之 后 ， 它 才 能 接 收 新 的 客 户 端 连 接 。 这 样 ， 有 些 客 户 端 就 必 须 要 等 待 自 己 的 请 求 被 处 理 了 ， 而 对 于 流 量 大 的 服 务 器 来 说 ， 等 待 的 时 间 就 会 特 别 长 。 客 户 端 逐 个 等 待 服 务 器 响 应 下 面 是 迭 代 式 服 务 器 的 代 码 ： w e b s e r v e r 3 a . p y # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # #
如 果 想 确 认 这 个 服 务 器 每 次 只 能 处 理 一 个 客 户 端 的 请 求 ， 我 们 对 上 述 代 码 作 简 单 修 改 ， 在 向 客 户 端 返 回 响 应 之 后 ， 增 加 6 0 秒 的 延 迟 处 理 时 间 。 这 个 修 改 只 有 一 行 代 码 ， 即 告 诉 服 务 器 在 返 回 响 应 之 后 睡 眠 6 0 秒 。 # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # #   I t e r a t i v e   s e r v e r   -   w e b s e r v e r 3 a . p y                                                                   # #                                                                                                                                       # #   T e s t e d   w i t h   P y t h o n   2 . 7 . 9   &   P y t h o n   3 . 4   o n   U b u n t u   1 4 . 0 4   &   M a c   O S   X     # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # i m p o r t   s o c k e t S E R V E R _ A D D R E S S   =   ( H O S T ,   P O R T )   =   ' ' ,   8 8 8 8 R E Q U E S T _ Q U E U E _ S I Z E   =   5 d e f   h a n d l e _ r e q u e s t ( c l i e n t _ c o n n e c t i o n ) :         r e q u e s t   =   c l i e n t _ c o n n e c t i o n . r e c v ( 1 0 2 4 )         p r i n t ( r e q u e s t . d e c o d e ( ) )         h t t p _ r e s p o n s e   =   b " " " H T T P / 1 . 1   2 0 0   O K H e l l o ,   W o r l d ! " " "         c l i e n t _ c o n n e c t i o n . s e n d a l l ( h t t p _ r e s p o n s e ) d e f   s e r v e _ f o r e v e r ( ) :         l i s t e n _ s o c k e t   =   s o c k e t . s o c k e t ( s o c k e t . A F _ I N E T ,   s o c k e t . S O C K _ S T R E A M )         l i s t e n _ s o c k e t . s e t s o c k o p t ( s o c k e t . S O L _ S O C K E T ,   s o c k e t . S O _ R E U S E A D D R ,   1 )         l i s t e n _ s o c k e t . b i n d ( S E R V E R _ A D D R E S S )         l i s t e n _ s o c k e t . l i s t e n ( R E Q U E S T _ Q U E U E _ S I Z E )         p r i n t ( ' S e r v i n g   H T T P   o n   p o r t   { p o r t }   . . . ' . f o r m a t ( p o r t = P O R T ) )         w h i l e   T r u e :                 c l i e n t _ c o n n e c t i o n ,   c l i e n t _ a d d r e s s   =   l i s t e n _ s o c k e t . a c c e p t ( )                 h a n d l e _ r e q u e s t ( c l i e n t _ c o n n e c t i o n )                 c l i e n t _ c o n n e c t i o n . c l o s e ( ) i f   _ _ n a m e _ _   = =   ' _ _ m a i n _ _ ' :         s e r v e _ f o r e v e r ( )
让 服 务 器 睡 眠 6 0 秒 下 面 就 是 修 改 之 后 的 服 务 器 代 码 ： 接 下 来 ， 我 们 启 动 服 务 器 ： # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # #   I t e r a t i v e   s e r v e r   -   w e b s e r v e r 3 b . p y                                                                           # #                                                                                                                                               # #   T e s t e d   w i t h   P y t h o n   2 . 7 . 9   &   P y t h o n   3 . 4   o n   U b u n t u   1 4 . 0 4   &   M a c   O S   X             # #                                                                                                                                               # #   -   S e r v e r   s l e e p s   f o r   6 0   s e c o n d s   a f t e r   s e n d i n g   a   r e s p o n s e   t o   a   c l i e n t       # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # i m p o r t   s o c k e t i m p o r t   t i m e S E R V E R _ A D D R E S S   =   ( H O S T ,   P O R T )   =   ' ' ,   8 8 8 8 R E Q U E S T _ Q U E U E _ S I Z E   =   5 d e f   h a n d l e _ r e q u e s t ( c l i e n t _ c o n n e c t i o n ) :         r e q u e s t   =   c l i e n t _ c o n n e c t i o n . r e c v ( 1 0 2 4 )         p r i n t ( r e q u e s t . d e c o d e ( ) )         h t t p _ r e s p o n s e   =   b " " " H T T P / 1 . 1   2 0 0   O K H e l l o ,   W o r l d ! " " "         c l i e n t _ c o n n e c t i o n . s e n d a l l ( h t t p _ r e s p o n s e )         t i m e . s l e e p ( 6 0 )     #   s l e e p   a n d   b l o c k   t h e   p r o c e s s   f o r   6 0   s e c o n d s d e f   s e r v e _ f o r e v e r ( ) :         l i s t e n _ s o c k e t   =   s o c k e t . s o c k e t ( s o c k e t . A F _ I N E T ,   s o c k e t . S O C K _ S T R E A M )         l i s t e n _ s o c k e t . s e t s o c k o p t ( s o c k e t . S O L _ S O C K E T ,   s o c k e t . S O _ R E U S E A D D R ,   1 )         l i s t e n _ s o c k e t . b i n d ( S E R V E R _ A D D R E S S )         l i s t e n _ s o c k e t . l i s t e n ( R E Q U E S T _ Q U E U E _ S I Z E )         p r i n t ( ' S e r v i n g   H T T P   o n   p o r t   { p o r t }   . . . ' . f o r m a t ( p o r t = P O R T ) )         w h i l e   T r u e :                 c l i e n t _ c o n n e c t i o n ,   c l i e n t _ a d d r e s s   =   l i s t e n _ s o c k e t . a c c e p t ( )                 h a n d l e _ r e q u e s t ( c l i e n t _ c o n n e c t i o n )                 c l i e n t _ c o n n e c t i o n . c l o s e ( ) i f   _ _ n a m e _ _   = =   ' _ _ m a i n _ _ ' :         s e r v e _ f o r e v e r ( ) $   p y t h o n   w e b s e r v e r 3 b . p y
现 在 ， 我 们 打 开 一 个 新 的 终 端 窗 口 ， 并 运 行 命 令 。 你 会 立 刻 看 到 屏 幕 上 打 印 出 了 “ H e l l o ,   W o r l d ! ” 这 句 话 ： 接 着 我 们 立 刻 再 打 开 一 个 终 端 窗 口 ， 并 运 行 命 令 ： 如 果 你 在 6 0 秒 了 完 成 了 上 面 的 操 作 ， 那 么 第 二 个 命 令 应 该 不 会 立 刻 产 生 任 何 输 出 结 果 ， 而 是 处 于 挂 死 （ h a n g ） 状 态 。 服 务 器 也 不 会 在 标 准 输 出 中 打 印 这 个 新 请 求 的 正 文 。 下 面 这 张 图 就 是 我 在 自 己 的 M a c 上 操 作 时 的 结 果 （ 右 下 角 那 个 边 缘 高 亮 为 黄 色 的 窗 口 ， 显 示 的 就 是 第 二 个 命 令 挂 死 ） ： M a c 上 操 作 时 的 结 果 当 然 ， 你 等 了 足 够 长 时 间 之 后 （ 超 过 6 0 秒 ） ， 你 会 看 到 第 一 个 命 令 结 束 ， 然 后 第 二 个 c u r l $   c u r l   h t t p : / / l o c a l h o s t : 8 8 8 8 / h e l l o H e l l o ,   W o r l d ! c u r l $   c u r l   h t t p : / / l o c a l h o s t : 8 8 8 8 / h e l l o c u r l c u r l c u r l c u r l
命 令 会 在 屏 幕 上 打 印 出 “ H e l l o ,   W o r l d ! ” ， 之 后 再 挂 死 6 0 秒 ， 最 后 才 结 束 ： c u r l 命 令 演 示 这 背 后 的 实 现 方 式 是 ， 服 务 器 处 理 完 第 一 个 客 户 端 请 求 后 睡 眠 6 0 秒 ， 才 开 始 处 理 第 二 个 请 求 。 这 些 步 骤 是 线 性 执 行 的 ， 或 者 说 迭 代 式 一 步 一 步 执 行 的 。 在 我 们 这 个 实 例 中 ， 则 是 一 次 一 个 请 求 这 样 处 理 。 接 下 来 ， 我 们 简 单 谈 谈 客 户 端 与 服 务 器 之 间 的 通 信 。 为 了 让 两 个 程 序 通 过 网 络 进 行 通 信 ， 二 者 均 必 须 使 用 套 接 字 。 你 在 前 两 章 中 也 看 到 过 套 接 字 ， 但 到 底 什 么 是 套 接 字 ？ 什 么 是 套 接 字 套 接 字 是 c o m m u n i c a t i o n   e n d p o i n t 通 信 端 点 的 抽 象 形 式 ， 可 以 让 一 个 程 序 通 过 f i l e   d e s c r i p t o r 文 件 描 述 符 与 另 一 个 程 序 进 行 通 信 。 在 本 文 中 ， 我 只 讨 论 L i n u x / M a c   O S   X 平 台 上 的 T C P / I P 套 接 字 。 其 中 ， 尤 为 重 要 的 一 个 概 念 就 是 T C P s o c k e t   p a i r 套 接 字 对 。 c u r l
T C P 连 接 所 使 用 的 套 接 字 对 是 一 个 4 - t u p l e 4 元 组 ， 包 括 本 地 I P 地 址 、 本 地 端 口 、 外 部 I P 地 址 和 外 部 端 口 。 一 个 网 络 中 的 每 一 个 T C P 连 接 ， 都 拥 有 独 特 的 套 接 字 对 。 I P 地 址 和 端 口 号 通 常 被 称 为 一 个 套 接 字 ， 二 者 一 起 标 识 了 一 个 网 络 端 点 。 套 接 字 对 合 套 接 字 因 此 ， 元 组 组 成 了 一 个 套 接 字 对 ， 代 表 客 户 端 侧 T C P 连 接 的 两 个 唯 一 端 点 ， 元 组 组 成 另 一 个 套 接 字 对 ， 代 表 服 务 器 侧 T C P 连 接 的 两 个 同 样 端 点 。 构 成 T C P 连 接 中 服 务 器 端 点 的 两 个 值 分 别 是 I P 地 址 和 端 口 号 ， 它 们 在 这 里 被 称 为 一 个 套 接 字 （ 同 理 ， 客 户 端 端 点 的 两 个 值 也 是 一 个 套 接 字 ） 。 服 务 器 创 建 套 接 字 并 开 始 接 受 客 户 端 连 接 的 标 准 流 程 如 下 ： { 1 0 . 1 0 . 1 0 . 2 : 4 9 1 5 2 ,   1 2 . 1 2 . 1 2 . 3 : 8 8 8 8 } { 1 2 . 1 2 . 1 2 . 3 : 8 8 8 8 ,   1 0 . 1 0 . 1 0 . 2 : 4 9 1 5 2 } 1 2 . 1 2 . 1 2 . 3 8 8 8 8
服 务 器 创 建 套 接 字 并 开 始 接 受 客 户 端 连 接 的 标 准 流 程 1 .   服 务 器 创 建 一 个 T C P / I P 套 接 字 。 通 过 下 面 的 P y t h o n 语 句 实 现 ： 2 .   服 务 器 可 以 设 置 部 分 套 接 字 选 项 （ 这 是 可 选 项 ， 但 你 会 发 现 上 面 那 行 服 务 器 代 码 就 可 以 确 保 你 重 启 服 务 器 之 后 ， 服 务 器 会 继 续 使 用 相 同 的 地 址 ） 。 3 .   然 后 ， 服 务 器 绑 定 地 址 。 绑 定 函 数 为 套 接 字 指 定 一 个 本 地 协 议 地 址 。 调 用 绑 定 函 数 时 ， 你 可 以 单 独 指 定 端 口 号 或 I P 地 址 ， 也 可 以 同 时 指 定 两 个 参 数 ， 甚 至 不 提 供 任 何 参 数 也 没 问 题 。 4 .   接 着 ， 服 务 器 将 该 套 接 字 变 成 一 个 侦 听 套 接 字 ： 方 法 只 能 由 服 务 器 调 用 ， 执 行 后 会 告 知 服 务 器 应 该 接 收 针 对 该 套 接 字 的 连 接 请 求 。 l i s t e n _ s o c k e t   =   s o c k e t . s o c k e t ( s o c k e t . A F _ I N E T ,   s o c k e t . S O C K _ S T R E A M ) l i s t e n _ s o c k e t . s e t s o c k o p t ( s o c k e t . S O L _ S O C K E T ,   s o c k e t . S O _ R E U S E A D D R ,   1 ) l i s t e n _ s o c k e t . b i n d ( S E R V E R _ A D D R E S S ) l i s t e n _ s o c k e t . l i s t e n ( R E Q U E S T _ Q U E U E _ S I Z E ) l i s t e n
完 成 上 面 四 步 之 后 ， 服 务 器 会 开 启 一 个 循 环 ， 开 始 接 收 客 户 端 连 接 ， 不 过 一 次 只 接 收 一 个 连 接 。 当 有 连 接 请 求 时 ， 方 法 会 返 回 已 连 接 的 客 户 端 套 接 字 。 然 后 ， 服 务 器 从 客 户 端 套 接 字 读 取 请 求 数 据 ， 在 标 准 输 出 中 打 印 数 据 ， 并 向 客 户 端 返 回 消 息 。 最 后 ， 服 务 器 会 关 闭 当 前 的 客 户 端 连 接 ， 这 时 服 务 器 又 可 以 接 收 新 的 客 户 端 连 接 了 。 要 通 过 T C P / I P 协 议 与 服 务 器 进 行 通 信 ， 客 户 端 需 要 作 如 下 操 作 ： 客 户 端 与 服 务 器 进 行 通 信 所 需 要 的 操 作 下 面 这 段 示 例 代 码 ， 实 现 了 客 户 端 连 接 至 服 务 器 ， 发 送 请 求 ， 并 打 印 响 应 内 容 的 过 程 ： 在 创 建 套 接 字 之 后 ， 客 户 端 需 要 与 服 务 器 进 行 连 接 ， 这 可 以 通 过 调 用 方 法 实 现 ： 客 户 端 只 需 要 提 供 远 程 I P 地 址 或 主 机 名 ， 以 及 服 务 器 的 远 程 连 接 端 口 号 即 可 。 a c c e p t i m p o r t   s o c k e t #   c r e a t e   a   s o c k e t   a n d   c o n n e c t   t o   a   s e r v e r s o c k   =   s o c k e t . s o c k e t ( s o c k e t . A F _ I N E T ,   s o c k e t . S O C K _ S T R E A M ) s o c k . c o n n e c t ( ( ' l o c a l h o s t ' ,   8 8 8 8 ) ) #   s e n d   a n d   r e c e i v e   s o m e   d a t a s o c k . s e n d a l l ( b ' t e s t ' ) d a t a   =   s o c k . r e c v ( 1 0 2 4 ) p r i n t ( d a t a . d e c o d e ( ) ) c o n n e c t s o c k . c o n n e c t ( ( ' l o c a l h o s t ' ,   8 8 8 8 ) )
你 可 能 已 经 注 意 到 ， 客 户 端 不 会 调 用 和 方 法 。 不 需 要 调 用 方 法 ， 是 因 为 客 户 端 不 关 心 本 地 I P 地 址 和 本 地 端 口 号 。 客 户 端 调 用 方 法 时 ， 系 统 内 核 中 的 T C P / I P 栈 会 自 动 指 定 本 地 I P 地 址 和 本 地 端 口 。 本 地 端 口 也 被 称 为 e p h e m e r a l   p o r t 临 时 端 口 。 本 地 端 口 — — 临 时 端 口 号 服 务 器 端 有 部 分 端 口 用 于 连 接 熟 知 的 服 务 ， 这 种 端 口 被 叫 做 w e l l - k n o w n   p o r t “ 熟 知 端 口 ” ， 例 如 ， 8 0 用 于 H T T P 传 输 服 务 ， 2 2 用 于 S S H 协 议 传 输 。 接 下 来 ， 我 们 打 开 P y t h o n   s h e l l ， 向 在 本 地 运 行 的 服 务 器 发 起 一 个 客 户 端 连 接 ， 然 后 查 看 系 统 内 核 为 你 创 建 的 客 户 端 套 接 字 指 定 了 哪 个 临 时 端 口 （ 在 进 行 下 面 的 操 作 之 前 ， 请 先 运 行 或 文 件 ， 启 动 服 务 器 ） ： 在 上 面 的 示 例 中 ， 我 们 看 到 内 核 为 套 接 字 指 定 的 临 时 端 口 是 6 0 5 8 9 。 在 开 始 回 答 第 二 部 分 最 后 提 的 问 题 之 前 ， 我 需 要 快 速 介 绍 一 些 其 他 的 重 要 概 念 。 稍 后 你 就 会 明 白 我 为 什 么 要 这 样 做 。 我 要 介 绍 的 重 要 概 念 就 是 p r o c e s s 进 程 和 f i l e   d e s c r i p t o r 文 件 描 述 符 。 什 么 是 进 程 ？ 进 程 就 是 正 在 执 行 的 程 序 的 一 个 实 例 。 举 个 例 子 ， 当 服 务 器 代 码 执 行 的 时 候 ， 这 些 代 码 就 被 加 载 至 内 存 中 ， 而 这 个 正 在 被 执 行 的 服 务 器 的 实 例 就 叫 做 进 程 。 系 统 内 核 会 记 录 下 有 关 进 程 的 信 息 — — 包 括 进 程 I D ， 以 便 进 行 管 理 。 所 以 ， 当 你 运 行 迭 代 式 服 务 器 b i n d a c c e p t b i n d c o n n e c t w e b s e r v e r 3 a . p y w e b s e r v e r 3 b . p y > > >   i m p o r t   s o c k e t > > >   s o c k   =   s o c k e t . s o c k e t ( s o c k e t . A F _ I N E T ,   s o c k e t . S O C K _ S T R E A M ) > > >   s o c k . c o n n e c t ( ( ' l o c a l h o s t ' ,   8 8 8 8 ) ) > > >   h o s t ,   p o r t   =   s o c k . g e t s o c k n a m e ( ) [ : 2 ] > > >   h o s t ,   p o r t ( ' 1 2 7 . 0 . 0 . 1 ' ,   6 0 5 8 9 )
或 时 ， 你 也 就 开 启 了 一 个 进 程 。 服 务 器 进 程 我 们 在 终 端 启 动 服 务 器 ： 然 后 ， 我 们 在 另 一 个 终 端 窗 口 中 ， 使 用 命 令 来 获 取 上 面 那 个 服 务 器 进 程 的 信 息 ： 从 命 令 的 结 果 ， 我 们 可 以 看 出 你 的 确 只 运 行 了 一 个 P y t h o n 进 程 。 进 程 创 建 的 时 候 ， 内 核 会 给 它 指 定 一 个 进 程 I D — — P I D 。 在 U N I X 系 统 下 ， 每 个 用 户 进 程 都 会 有 一 个 p a r e n t   p r o c e s s 父 进 程 ， 而 这 个 父 进 程 也 有 自 己 的 进 程 I D ， 叫 做 父 进 程 I D ， 简 称 P P I D 。 在 本 文 中 ， 我 默 认 大 家 使 用 的 是 B A S H ， 因 此 当 你 启 动 服 务 器 的 时 候 ， 系 统 会 创 建 服 务 器 进 程 ， 指 定 一 个 P I D ， 而 服 务 器 进 程 的 父 进 程 P I D 则 是 B A S H   s h e l l 进 程 的 P I D 。 w e b s e r v e r 3 a . p y w e b s e r v e r 3 b . p y w e b s e r v e r 3 a . p y $   p y t h o n   w e b s e r v e r 3 b . p y p s $   p s   |   g r e p   w e b s e r v e r 3 b   |   g r e p   - v   g r e p   7 1 8 2   t t y s 0 0 3         0 : 0 0 . 0 4   p y t h o n   w e b s e r v e r 3 b . p y p s w e b s e r v e r 3 b
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