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[25583] 2016-10-10_搭个Web服务器（三）

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-19
2016-10-10_搭个Web服务器（三） 搭 个   W e b   服 务 器 （ 三 ） 原 创   译 者 ： S t d i o A   L i n u x 中 国   2 0 1 6 - 1 0 - 1 0 本 文 导 航 - 服 务 器 的 基 本 结 构 及 如 何 处 理 请 求 - 如 何 并 发 处 理 多 个 请 求 - 进 程 分 叉 后 不 关 闭 重 复 的 套 接 字 会 发 生 什 么 ？ - 僵 尸 进 程 - 如 何 处 理 僵 尸 进 程 ？ - 正 确 处 理   S I G C H L D   信 号 - 大 功 告 成 “ 只 有 在 创 造 中 才 能 够 学 到 更 多 。 ”   — — 皮 亚 杰 在 本 系 列 的 第 二 部 分 中 ， 你 创 造 了 一 个 可 以 处 理 基 本   H T T P   G E T   请 求 的 、 朴 素 的   W S G I   服 务 器 。 当 时 我 问 了 一 个 问 题 ： “ 你 该 如 何 让 你 的 服 务 器 在 同 一 时 间 处 理 多 个 请 求 呢 ？ ” 在 这 篇 文 章 中 ， 你 会 找 到 答 案 。 系 好 安 全 带 ， 我 们 要 认 真 起 来 ， 全 速 前 进 了 ！ 你 将 会 体 验 到 一 段 非 常 快 速 的 旅 程 。 准 备 好 你 的   L i n u x 、 M a c   O S   X （ 或 者 其 他   * n i x   系 统 ） ， 还 有 你 的   P y t h o n 。 本 文 中 所 有 源 代 码 均 可 在   G i t H u b [ 1 ]   上 找 到 。
服 务 器 的 基 本 结 构 及 如 何 处 理 请 求 服 务 器 的 基 本 结 构 及 如 何 处 理 请 求 首 先 ， 我 们 来 回 顾 一 下   W e b   服 务 器 的 基 本 结 构 ， 以 及 服 务 器 处 理 来 自 客 户 端 的 请 求 时 ， 所 需 的 必 要 步 骤 。 你 在 第 一 部 分 及 第 二 部 分 中 创 建 的 轮 询 服 务 器 只 能 够 一 次 处 理 一 个 请 求 。 在 处 理 完 当 前 请 求 之 前 ， 它 不 能 够 接 受 新 的 客 户 端 连 接 。 所 有 请 求 为 了 等 待 服 务 都 需 要 排 队 ， 在 服 务 繁 忙 时 ， 这 个 队 伍 可 能 会 排 的 很 长 ， 一 些 客 户 端 可 能 会 感 到 不 开 心 。 这 是 轮 询 服 务 器   w e b s e r v e r 3 a . p y [ 2 ]   的 代 码 ： 代 码 略 ， 请 参 考 链 接 ： h t t p s : / / g i t h u b . c o m / r s p i v a k / l s b a w s / b l o b / m a s t e r / p a r t 3 / w e b s e r v e r 3 a . p y 为 了 观 察 到 你 的 服 务 器 在 同 一 时 间 只 能 处 理 一 个 请 求 的 行 为 ， 我 们 对 服 务 器 的 代 码 做 一 点 点 修 改 ： 在 将 响 应 发 送 至 客 户 端 之 后 ， 将 程 序 阻 塞   6 0   秒 。 这 个 修 改 只 需 要 一 行 代 码 ， 来 告 诉 服 务 器 进 程 暂 停   6 0   秒 钟 。 这 是 我 们 更 改 后 的 代 码 ， 包 含 暂 停 语 句 的 服 务 器   w e b s e r v e r 3 b . p y [ 3 ] ： 代 码 略 ， 请 参 考 链 接 ： h t t p s : / / g i t h u b . c o m / r s p i v a k / l s b a w s / b l o b / m a s t e r / p a r t 3 / w e b s e r v e r 3 b . p y 用 以 下 命 令 启 动 服 务 器 ： 现 在 ， 打 开 一 个 新 的 命 令 行 窗 口 ， 然 后 运 行   1 .   $   p y t h o n   w e b s e r v e r 3 b . p y
  语 句 。 你 应 该 可 以 立 刻 看 到 屏 幕 上 显 示 的 字 符 串 “ H e l l o ,   W o r l d ! ” ： 然 后 ， 立 刻 打 开 第 二 个 命 令 行 窗 口 ， 运 行 相 同 的     命 令 ： 如 果 你 在   6 0   秒 之 内 完 成 了 以 上 步 骤 ， 你 会 看 到 第 二 条     指 令 不 会 立 刻 产 生 任 何 输 出 ， 而 只 是 挂 在 了 哪 里 。 同 样 ， 服 务 器 也 不 会 在 标 准 输 出 流 中 输 出 新 的 请 求 内 容 。 这 是 这 个 过 程 在 我 的   M a c   电 脑 上 的 运 行 结 果 （ 在 右 下 角 用 黄 色 框 标 注 出 来 的 窗 口 中 ， 我 们 能 看 到 第 二 个     指 令 被 挂 起 ， 正 在 等 待 连 接 被 服 务 器 接 受 ） ： 当 你 等 待 足 够 长 的 时 间 （ 6 0   秒 以 上 ） 后 ， 你 会 看 到 第 一 个     程 序 完 成 ， 而 第 二 个     在 屏 幕 上 输 出 了 “ H e l l o ,   W o r l d ! ” ， 然 后 休 眠   6 0   秒 ， 进 而 终 止 。 c u r l 1 .   $   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 2 .   H e l l o ,   W o r l d ! c u r l 1 .   $   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
这 样 运 行 的 原 因 是 因 为 在 服 务 器 在 处 理 完 第 一 个 来 自     的 请 求 之 后 ， 只 有 等 待   6 0   秒 才 能 开 始 处 理 第 二 个 请 求 。 这 个 处 理 请 求 的 过 程 按 顺 序 进 行 （ 也 可 以 说 ， 迭 代 进 行 ） ， 一 步 一 步 进 行 ， 在 我 们 刚 刚 给 出 的 例 子 中 ， 在 同 一 时 间 内 只 能 处 理 一 个 请 求 。 现 在 ， 我 们 来 简 单 讨 论 一 下 客 户 端 与 服 务 器 的 交 流 过 程 。 为 了 让 两 个 程 序 在 网 络 中 互 相 交 流 ， 它 们 必 须 使 用 套 接 字 。 你 应 当 在 本 系 列 的 前 两 部 分 中 见 过 它 几 次 了 。 但 是 ， 套 接 字 是 什 么 ？ s o c k e t 套 接 字 是 一 个 通 讯 通 道 e n d p o i n t 端 点 的 抽 象 描 述 ， 它 可 以 让 你 的 程 序 通 过 文 件 描 述 符 来 与 其 它 程 序 进 行 交 流 。 在 这 篇 文 章 中 ， 我 只 会 单 独 讨 论   L i n u x   或   M a c   O S   X   中 的   T C P / I P   套 接 字 。 这 里 有 一 个 重 点 概 念 需 要 你 去 理 解 ： T C P   s o c k e t   p a i r 套 接 字 对 。 T C P   连 接 使 用 的 套 接 字 对 是 一 个 由   4   个 元 素 组 成 的 元 组 ， 它 确 定 了   T C P   连 接 的 两 端 ： 本 地   I P   地 址 、 本 地 端 口 、 远 端   I P   地 址 及 远 端 端 口 。 一 个 套 接 字 对 唯 一 地 确 定 了 网 络 中 的 每 一 个   T C P   连 接 。 在 连 接 一 端 的 两 个 值 ： 一 个   I P   地 址 和 一 个 端 口 ， 通 常 被 称 作 一 个 套 接 字 。 （ 引 自 《 U N I X   网 络 编 程   卷 1 ： 套 接 字 联 网   A P I   （ 第 3 版 ） 》 [ 4 ] ） c u r l
所 以 ， 元 组     就 是 一 个 能 够 在 客 户 端 确 定   T C P   连 接 两 端 的 套 接 字 对 ， 而 元 组     则 是 在 服 务 端 确 定   T C P   连 接 两 端 的 套 接 字 对 。 在 这 个 例 子 中 ， 确 定   T C P   服 务 端 的 两 个 值 （ I P   地 址     及 端 口   ） ， 代 表 一 个 套 接 字 ； 另 外 两 个 值 则 代 表 客 户 端 的 套 接 字 。 一 个 服 务 器 创 建 一 个 套 接 字 并 开 始 建 立 连 接 的 基 本 工 作 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
1 .   服 务 器 创 建 一 个   T C P / I P   套 接 字 。 我 们 可 以 用 这 条   P y t h o n   语 句 来 创 建 ： 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 ) 2 .   服 务 器 可 能 会 设 定 一 些 套 接 字 选 项 （ 这 个 步 骤 是 可 选 的 ， 但 是 你 可 以 看 到 上 面 的 服 务 器 代 码 做 了 设 定 ， 这 样 才 能 够 在 重 启 服 务 器 时 多 次 复 用 同 一 地 址 ） ： 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 ) 3 .   然 后 ， 服 务 器 绑 定 一 个 地 址 。 绑 定 函 数     可 以 将 一 个 本 地 协 议 地 址 赋 给 套 接 字 。 若 使 用   T C P   协 议 ， 调 用 绑 定 函 数     时 ， 需 要 指 定 一 个 端 口 号 ， 一 个   I P   地 址 ， 或 两 者 兼 有 ， 或 两 者 全 无 。 （ 引 自 《 U N I X 网 络 编 程   卷 1 ： 套 接 字 联 网 A P I   （ 第 3 版 ） 》 [ 5 ] ） 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 ) b i n d b i n d
4 .   然 后 ， 服 务 器 开 启 套 接 字 的 监 听 模 式 。 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 ) 监 听 函 数     只 应 在 服 务 端 调 用 。 它 会 通 知 操 作 系 统 内 核 ， 表 明 它 会 接 受 所 有 向 该 套 接 字 发 送 的 入 站 连 接 请 求 。 以 上 四 步 完 成 后 ， 服 务 器 将 循 环 接 收 来 自 客 户 端 的 连 接 ， 一 次 循 环 处 理 一 条 。 当 有 连 接 可 用 时 ， 接 受 请 求 函 数     将 会 返 回 一 个 已 连 接 的 客 户 端 套 接 字 。 然 后 ， 服 务 器 从 这 个 已 连 接 的 客 户 端 套 接 字 中 读 取 请 求 数 据 ， 将 数 据 在 其 标 准 输 出 流 中 输 出 出 来 ， 并 向 客 户 端 回 送 一 条 消 息 。 然 后 ， 服 务 器 会 关 闭 这 个 客 户 端 连 接 ， 并 准 备 接 收 一 个 新 的 客 户 端 连 接 。 这 是 客 户 端 使 用   T C P / I P   协 议 与 服 务 器 通 信 的 必 要 步 骤 ： 下 面 是 一 段 示 例 代 码 ， 使 用 这 段 代 码 ， 客 户 端 可 以 连 接 你 的 服 务 器 ， 发 送 一 个 请 求 ， 并 输 出 响 应 内 容 ： 2 .   6 .   l i s t e n a c c e p t 1 .   i m p o r t   s o c k e t 3 .   # # #   创 建 一 个 套 接 字 ， 并 连 接 值 服 务 器 4 .   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 ) 5 .   s o c k . c o n n e c t ( ( ' l o c a l h o s t ' ,   8 8 8 8 ) )
在 创 建 套 接 字 后 ， 客 户 端 需 要 连 接 至 服 务 器 。 我 们 可 以 调 用 连 接 函 数     来 完 成 这 个 操 作 ： 客 户 端 只 需 提 供 待 连 接 的 远 程 服 务 器 的   I P   地 址 （ 或 主 机 名 ） ， 及 端 口 号 ， 即 可 连 接 至 远 端 服 务 器 。 你 可 能 已 经 注 意 到 了 ， 客 户 端 不 需 要 调 用     及     函 数 ， 就 可 以 与 服 务 器 建 立 连 接 。 客 户 端 不 需 要 调 用     函 数 是 因 为 客 户 端 不 需 要 关 注 本 地   I P   地 址 及 端 口 号 。 操 作 系 统 内 核 中 的   T C P / I P   协 议 栈 会 在 客 户 端 调 用     函 数 时 ， 自 动 为 套 接 字 分 配 本 地   I P   地 址 及 本 地 端 口 号 。 这 个 本 地 端 口 被 称 为 e p h e m e r a l   p o r t 临 时 端 口 ， 即 一 个 短 暂 开 放 的 端 口 。 服 务 器 中 有 一 些 端 口 被 用 于 承 载 一 些 众 所 周 知 的 服 务 ， 它 们 被 称 作 w e l l - k n o w n 通 用 端 口 ： 如   8 0   端 口 用 于   H T T P   服 务 ， 2 2   端 口 用 于 S S H   服 务 。 打 开 你 的   P y t h o n   s h e l l ， 与 你 在 本 地 运 行 的 服 务 器 建 立 一 个 连 接 ， 来 看 看 内 核 给 你 的 客 户 端 套 接 字 分 配 了 哪 个 临 时 端 口 （ 在 尝 试 这 个 例 子 之 前 ， 你 需 要 运 行 服 务 器 程 序   或   ） ： 7 .   # # #   发 送 一 段 数 据 ， 并 接 收 响 应 数 据 8 .   s o c k . s e n d a l l ( b ' t e s t ' ) 9 .   d a t a   =   s o c k . r e c v ( 1 0 2 4 ) 1 0 .   p r i n t ( d a t a . d e c o d e ( ) ) c o n n e c t 1 .   s o c k . c o n n e c t ( ( ' l o c a l h o s t ' ,   8 8 8 8 ) ) 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
在 上 面 的 例 子 中 ， 内 核 将 临 时 端 口   6 0 5 8 9   分 配 给 了 你 的 套 接 字 。 在 我 开 始 回 答 我 在 第 二 部 分 中 提 出 的 问 题 之 前 ， 我 还 需 要 快 速 讲 解 一 些 概 念 。 你 很 快 就 会 明 白 这 些 概 念 为 什 么 非 常 重 要 。 这 两 个 概 念 ， 一 个 是 进 程 ， 另 外 一 个 是 文 件 描 述 符 。 什 么 是 进 程 ？ 进 程 就 是 一 个 程 序 执 行 的 实 体 。 举 个 例 子 ： 当 你 的 服 务 器 代 码 被 执 行 时 ， 它 会 被 载 入 内 存 ， 而 内 存 中 表 现 此 次 程 序 运 行 的 实 体 就 叫 做 进 程 。 内 核 记 录 了 进 程 的 一 系 列 有 关 信 息 — — 比 如 进 程   I D — — 来 追 踪 它 的 运 行 情 况 。 当 你 在 执 行 轮 询 服 务 器     或     时 ， 你 其 实 只 是 启 动 了 一 个 进 程 。 我 们 在 终 端 窗 口 中 运 行   ： 在 另 一 个 终 端 窗 口 中 ， 我 们 可 以 使 用   1 .   > > >   i m p o r t   s o c k e t 2 .   > > >   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 ) 3 .   > > >   s o c k . c o n n e c t ( ( ' l o c a l h o s t ' ,   8 8 8 8 ) ) 4 .   > > >   h o s t ,   p o r t   =   s o c k . g e t s o c k n a m e ( ) [ : 2 ] 5 .   > > >   h o s t ,   p o r t 6 .   ( ' 1 2 7 . 0 . 0 . 1 ' ,   6 0 5 8 9 ) 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 b . p y 1 .   $   p y t h o n   w e b s e r v e r 3 b . p y p s
  命 令 获 取 该 进 程 的 相 关 信 息 ：   命 令 显 示 ， 我 们 刚 刚 只 运 行 了 一 个   P y t h o n   进 程   。 当 一 个 进 程 被 创 建 时 ， 内 核 会 为 其 分 配 一 个 进 程   I D ， 也 就 是   P I D 。 在   U N I X   中 ， 所 有 用 户 进 程 都 有 一 个 父 进 程 ； 当 然 ， 这 个 父 进 程 也 有 进 程   I D ， 叫 做 父 进 程   I D ， 缩 写 为   P P I D 。 假 设 你 默 认 使 用   B A S H   s h e l l ， 那 当 你 启 动 服 务 器 时 ， 就 会 启 动 一 个 新 的 进 程 ， 同 时 被 赋 予 一 个   P I D ， 而 它 的 父 进 程   P I D   会 被 设 为   B A S H   s h e l l   的   P I D 。 自 己 尝 试 一 下 ， 看 看 这 一 切 都 是 如 何 工 作 的 。 重 新 开 启 你 的   P y t h o n   s h e l l ， 它 会 创 建 一 个 新 进 程 ， 然 后 在 其 中 使 用 系 统 调 用     及     来 获 取   P y t h o n   s h e l l   进 程 的   P I D   及 其 父 进 程   P I D （ 也 就 是 你 的   B A S H   s h e l l   的   P I D ） 。 然 后 ， 在 另 一 个 终 端 窗 口 中 运 行     命 令 ， 然 后 用     来 查 找   P P I D （ 父 进 程   I D ， 在 我 的 例 子 中 是   3 1 4 8 ） 。 在 下 面 的 屏 幕 截 图 中 ， 你 可 以 看 到 一 个 我 的   M a c   O S   X   系 统 中 关 于 进 程 父 子 关 系 的 例 子 ， 在 这 个 例 子 中 ， 子 进 程 是 我 的   P y t h o n   s h e l l   进 程 ， 而 父 进 程 是   B A S H   s h e l l   进 程 ： 1 .   $   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 2 .   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 . p y o s . g e t p i d ( ) o s . g e t p p i d ( ) p s g r e p
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