1. 说明

web服务器的基本功能包括：处理IO事件、解析请求报文、生成响应报文。因此基本框架中需要I/O处理单元、业务处理单元以及沟通前两个单元的通信单元。

单元名称

功能描述

I/O处理单元

处理网络IO，对套接字读取/发送数据

业务处理单元

解析请求报文、生成响应报文

通信单元

用于各单元之间的通信

2. I/O处理单元

在web服务器中使用I/O处理单元处理网络连接，工作内容包括：

  • 等待网络连接
  • 接收客户端数据
  • 向客户端发送响应数据

另外接收到的客户端数据后要发送给业务处理单元做逻辑处理，也要注意接收来自业务处理单元的处理后数据。

对于不同的事件处理模式，I/O处理单元的工作内容会有些许不同，比如在reactor模式，数据收发是在业务处理单元进行，proactor模式，数据收发又内核完成，需要使用异步IO，编程较为复杂。

也可以使用同步IO模拟proactor，由主线程作为I/O处理单元，在主线程中等待网络连接，存在网络读事件时，由主线程完成数据读取，读取后通知业务处理单元处理；存在网络写事件时，由主线程完成数据写入。

3. 业务处理单元

业务处理单元主要用于分析处理客户端数据，并将结果返还给I/O处理单元。

实现时，业务处理单元分为解析数据、生成响应两部分，如果解析出错直接关闭连接、解析不完全则通知I/O处理单元需要继续读取数据，解析完成后则进行响应处理。响应处理需要根据解析出的字段内容生成不同的响应报文，响应报文构造成功后，需要通知I/O处理单元发送数据。

4. 通信单元

I/O处理单元要把收到的客户端数据传给业务处理单元，业务处理单元要把处理后的数据传给I/O处理单元，这一传递工作即由通信单元完成。

通信单元是一种逻辑抽象，实际通常实现为池和请求队列的形式。构造一个工作队列，I/O处理单元接收到数据后，将数据以及必要信息封装成对象放入工作队列。线程池中的子线程被唤醒，获取工作队列中的对象，调用业务处理单元接口，实现I/O处理单元和业务处理单元之间的通信。业务处理单元处理数据，数据不完全时注册EPOLLIN事件，通知主线程继续读，数据处理完全时，注册EPOLLOUT事件，通知主线程写数据。

5. 程序结构

5.1 主线程

  • 主线程开启监听socket，将监听socket绑定到epollfd
  • 主线程无限循环调用epoll_wait，返回就绪事件，就绪事件主要分为三类

监听socket、普通socket读事件、普通socket写事件；

  • 处理监听socket

调用accept函数接受连接，并将返回的客户端socket绑定到epollfd上；
初始化连接对象；

  • 普通socket读事件

调用read/recv进行非阻塞读取，直到出错、客户端关闭连接(返回0)、TCP缓冲区无数据可读(返回-1，errno = EAGAIN)；
读取数据成功，则将数据封装成对象，放入工作队列；
读取失败，关闭连接，移除监听；

  • 普通socket写事件

写数据，直到出错、TCP缓冲区写满(返回-1，errno = EAGAIN)、数据写完
TCP缓冲区写满时，需要重新注册EPOLLOUT事件
数据写完，根据keep-alive字段，决定是否重新注册EPOLLIN

5.2 工作线程

  • 线程池中有多个工作线程
  • 工作线程循环调用sem_wait，初始都被阻塞
  • 当主线程把封装对象放入工作队列，则调用sem_post
  • 随机唤醒的工作线程对封装对象做业务处理，业务包括解析请求、生成响应

请求报文完全解析后才能进行生成响应步骤；
不需要让一个线程完成对一个socket的所有业务，但是不能让多个线程对一个socket操作；

  • 解析请求

使用状态机思想解析请求报文，请求行、请求头、请求体三种状态
请求报文以“\r\n”标志一行结束，每次都要解析一行；
解析一行可能的结果：成功解析、出错、一行不完整；
成功解析时：存储相关信息、转换状态、准备请求资源(如文件等的映射工作)；
出错：返回相关标志，生成响应时返回相关错误号
一行不完整：说明主线程读取时没有读到这完整的一行，重新注册EPOLLIN，通知主线程继续读即可

  • 生成响应

根据解析请求时返回的标志，生成不同的状态码，如200----请求成功、400----请求出错、403----不可访问资源、404----未找到资源、500----内部错误等；
将响应写入缓冲区后，需要注册EPOLLOUT事件，通知主线程将响应写入TCP窗口