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搭個 Web 服務器(一)

搭個 Web 服務器(一)


搭個 Web 服務器(一)


導讀我相信,如果你想成為一個更好的開發者,你必須對日常使用的軟件系統的內部結構有更深的理解,包括編程語言、編譯器與解釋器、數據庫及操作系統、Web 服務器及 Web 框架。而且,為了更好更深入地理解這些系統,你必須從頭開始,用一磚一瓦來重新構建這個系統。

一天,有一個正在散步的婦人恰好路過一個建築工地,看到三個正在工作的工人。她問第一個人:“你在做什麼?”第一個人沒好氣地喊道:“你沒看到我在砌磚嗎?”婦人對這個答案不滿意,於是問第二個人:“你在做什麼?”第二個人回答說:“我在建一堵磚牆。”說完,他轉向第一個人,跟他說:“嗨,你把牆砌過頭了。去把剛剛那塊磚弄下來!”然而,婦人對這個答案依然不滿意,於是又問了第三個人相同的問題。第三個人仰頭看著天,對她說:“我在建造世界上最大的教堂。”當他回答時,第一個人和第二個人在為剛剛砌錯的磚而爭吵。他轉向那兩個人,說:“不用管那塊磚了。這堵牆在室內,它會被水泥填平,沒人會看見它的。去砌下一層吧。”

這個故事告訴我們:如果你能夠理解整個系統的構造,了解系統的各個部件如何相互結合(如磚、牆還有整個教堂),你就能夠更快地定位及修復問題(那塊砌錯的磚)。

如果你想從頭開始創造一個 Web 服務器,那麼你需要做些什麼呢?

我相信,如果你想成為一個更好的開發者,你必須對日常使用的軟件系統的內部結構有更深的理解,包括編程語言、編譯器與解釋器、數據庫及操作系統、Web 服務器及 Web 框架。而且,為了更好更深入地理解這些系統,你必須從頭開始,用一磚一瓦來重新構建這個系統。

荀子曾經用這幾句話來表達這種思想:

不聞不若聞之。I hear and I forget.

搭個 Web 服務器(一)搭個 Web 服務器(一)

聞之不若見之。I see and I remember.

搭個 Web 服務器(一)搭個 Web 服務器(一)

知之不若行之。I do and I understand.

搭個 Web 服務器(一)搭個 Web 服務器(一)

我希望你現在能夠意識到,重新建造一個軟件系統來了解它的工作方式是一個好主意。

在這個由三篇文章組成的系列中,我將會教你構建你自己的 Web 服務器。我們開始吧~

先說首要問題:Web 服務器是什麼?

搭個 Web 服務器(一)搭個 Web 服務器(一)

簡而言之,它是一個運行在一個物理服務器上的網絡服務器(啊呀,服務器套服務器),等待客戶端向其發送請求。當它接收請求後,會生成一個響應,並回送至客戶端。客戶端和服務端之間通過 HTTP 協議來實現相互交流。客戶端可以是你的浏覽器,也可以是使用 HTTP 協議的其它任何軟件。

最簡單的 Web 服務器實現應該是什麼樣的呢?這裡我給出我的實現。這個例子由 Python 寫成,即使你沒聽說過 Python(它是一門超級容易上手的語言,快去試試看!),你也應該能夠從代碼及注釋中理解其中的理念:

import socketHOST, PORT = '', 8888listen_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)listen_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)listen_socket.bind((HOST, PORT))listen_socket.listen(1)print 'Serving HTTP on port %s ...' % PORTwhile True:    client_connection, client_address = listen_socket.accept()    request = client_connection.recv(1024)    print request    http_response = """/HTTP/1.1 200 OKHello, World!"""    client_connection.sendall(http_response)    client_connection.close()

將以上代碼保存為 webserver1.py,或者直接從GitHub上下載這個文件。然後,在命令行中運行這個程序。像這樣:

$ python webserver1.pyServing HTTP on port 8888 …

現在,在你的網頁浏覽器的地址欄中輸入 URL:http://localhost:8888/hello ,敲一下回車,然後來見證奇跡。你應該看到“Hello, World!”顯示在你的浏覽器中,就像下圖那樣:

搭個 Web 服務器(一)搭個 Web 服務器(一)

說真的,快去試一試。你做實驗的時候,我會等著你的。

完成了?不錯!現在我們來討論一下它實際上是怎麼工作的。

首先我們從你剛剛輸入的 Web 地址開始。它叫URL,這是它的基本結構:

搭個 Web 服務器(一)搭個 Web 服務器(一)

URL 是一個 Web 服務器的地址,浏覽器用這個地址來尋找並連接 Web 服務器,並將上面的內容返回給你。在你的浏覽器能夠發送 HTTP 請求之前,它需要與 Web 服務器建立一個 TCP 連接。然後會在 TCP 連接中發送 HTTP 請求,並等待服務器返回 HTTP 響應。當你的浏覽器收到響應後,就會顯示其內容,在上面的例子中,它顯示了“Hello, World!”。

我們來進一步探索在發送 HTTP 請求之前,客戶端與服務器建立 TCP 連接的過程。為了建立鏈接,它們使用了所謂“套接字socket”。我們現在不直接使用浏覽器發送請求,而在命令行中使用telnet來人工模擬這個過程。

在你運行 Web 服務器的電腦上,在命令行中建立一個 telnet 會話,指定一個本地域名,使用端口 8888,然後按下回車:

$ telnet localhost 8888Trying 127.0.0.1 …Connected to localhost.

這個時候,你已經與運行在你本地主機的服務器建立了一個 TCP 連接。在下圖中,你可以看到一個服務器從頭開始,到能夠建立 TCP 連接的基本過程。

搭個 Web 服務器(一)搭個 Web 服務器(一)

在同一個 telnet 會話中,輸入GET /hello HTTP/1.1,然後輸入回車:

$ telnet localhost 8888Trying 127.0.0.1 …Connected to localhost.GET /hello HTTP/1.1HTTP/1.1 200 OKHello, World!

你剛剛手動模擬了你的浏覽器(的工作)!你發送了 HTTP 請求,並且收到了一個 HTTP 應答。下面是一個 HTTP 請求的基本結構:

搭個 Web 服務器(一)搭個 Web 服務器(一)

HTTP 請求的第一行由三部分組成:HTTP 方法(GET,因為我們想讓我們的服務器返回一些內容),以及標明所需頁面的路徑hello,還有協議版本。

為了簡單一些,我們剛剛構建的 Web 服務器完全忽略了上面的請求內容。你也可以試著輸入一些無用內容而不是“GET /hello HTTP/1.1”,但你仍然會收到一個“Hello, World!”響應。

一旦你輸入了請求行並敲了回車,客戶端就會將請求發送至服務器;服務器讀取請求行,就會返回相應的 HTTP 響應。

下面是服務器返回客戶端(在上面的例子裡是 telnet)的響應內容:

搭個 Web 服務器(一)搭個 Web 服務器(一)

我們來解析它。這個響應由三部分組成:一個狀態行HTTP/1.1 200 OK,後面跟著一個空行,再下面是響應正文。

HTTP 響應的狀態行 HTTP/1.1 200 OK 包含了 HTTP 版本號,HTTP 狀態碼以及 HTTP 狀態短語“OK”。當浏覽器收到響應後,它會將響應正文顯示出來,這也就是為什麼你會在浏覽器中看到“Hello, World!”。

以上就是 Web 服務器的基本工作模型。總結一下:Web 服務器創建一個處於監聽狀態的套接字,循環接收新的連接。客戶端建立 TCP 連接成功後,會向服務器發送 HTTP 請求,然後服務器會以一個 HTTP 響應做應答,客戶端會將 HTTP 的響應內容顯示給用戶。為了建立 TCP 連接,客戶端和服務端均會使用套接字。

現在,你應該了解了 Web 服務器的基本工作方式,你可以使用浏覽器或其它 HTTP 客戶端進行試驗。如果你嘗試過、觀察過,你應該也能夠使用 telnet,人工編寫 HTTP 請求,成為一個“人形” HTTP 客戶端。

現在留一個小問題:“你要如何在不對程序做任何改動的情況下,在你剛剛搭建起來的 Web 服務器上適配 Django, Flask 或 Pyramid 應用呢?”

我會在本系列的第二部分中來詳細講解。敬請期待。

順便,我在撰寫一本名為《搭個 Web 服務器:從頭開始》的書。這本書講解了如何從頭開始編寫一個基本的 Web 服務器,裡面包含本文中沒有的更多細節。訂閱郵件列表,你就可以獲取到這本書的最新進展,以及發布日期。

原文來自:https://linux.cn/article-7662-1.html

本文地址:http://www.linuxprobe.com/get-web-servers.html


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