lighttpd以及socket和WebSocket编程

jiangwei05122023-09-10 13:02

综述

本文涉及到下图绿色背景部分的内容：

左侧位于Linux下，其中包括lighttpd和socket程序；右侧是WebSocket程序。两者通过网络交互。

本文介绍lighttpd的基本使用方式，并通过编程完成一个socket服务器与浏览器端的WebSocket客户端通信。

lighttpd

首先介绍lighttpd，因为它是后端（socket程序）和前端（WebSocket程序）交互的基础。

lighttpd是一款轻量级的开源Web服务器，跟Apache、Nginx功能差不多，对应的官网http://www.lighttpd.net/。

lighttpd目前只支持Linux，所以这里在虚拟机（安装Ubuntu20.04版本）上编译和使用lighttpd，对应的Linux版本：

bash 复制代码 
jw@ubuntu:~/code/www/html$ uname -a
Linux ubuntu 5.15.0-82-generic #91~20.04.1-Ubuntu SMP Fri Aug 18 16:24:39 UTC 2023 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

下载lighttpd最新版本，获取到lighttpd-1.4.71.tar.gz。

  1. 首先解压缩源代码：
bash 复制代码 
jw@ubuntu:~/code$ tar -xzvf lighttpd-1.4.71.tar.gz
  1. 安装依赖程序：
bash 复制代码 
jw@ubuntu:~/code/lighttpd-1.4.71$ sudo apt install zlib1g-dev libpcre2-dev
  1. 进入解压缩得到的目录，然后进行configure：
bash 复制代码 
jw@ubuntu:~/code/lighttpd-1.4.71$ ./configure --prefix=/usr/local/lighttpd
  1. 编译：
bash 复制代码 
jw@ubuntu:~/code/lighttpd-1.4.71$ make
  1. 安装：
bash 复制代码 
jw@ubuntu:~/code/lighttpd-1.4.71$ sudo make install

安装的位置是/usr/local/lighttpd/：

bash 复制代码 
w@ubuntu:~/code/lighttpd-1.4.71$ ls -al /usr/local/lighttpd/
total 20
drwxr-xr-x  5 root root 4096 Sep  3 07:03 .
drwxr-xr-x 11 root root 4096 Sep  3 07:03 ..
drwxr-xr-x  2 root root 4096 Sep  3 07:03 lib
drwxr-xr-x  2 root root 4096 Sep  3 07:03 sbin
drwxr-xr-x  3 root root 4096 Sep  3 07:03 share
  1. 进入到lighttpd所在的目录，后续以root进行操作：
bash 复制代码 
root@ubuntu:/usr/local/lighttpd/sbin# ll
total 1992
drwxr-xr-x 2 root root    4096 Sep  3 07:03 ./
drwxr-xr-x 5 root root    4096 Sep  3 07:03 ../
-rwxr-xr-x 1 root root 2004088 Sep  3 07:03 lighttpd*
-rwxr-xr-x 1 root root   23048 Sep  3 07:03 lighttpd-angel*
  1. 为了使用lighttpd，需要有配置文件，下面是一个最简单的例子（test.conf）：
bash 复制代码 
server.document-root = "/home/jw/code/www/html"
server.port = 80
mimetype.assign = (
  ".html" => "text/html",
  ".txt" => "text/plain",
  ".jpg" => "image/jpeg",
  ".png" => "image/png"
)
index-file.names = ( "index.html" )

简单说明它们的意义：

  • server.document-root：指定了Web服务器目录，我们需要在这里放浏览器可以访问的文件，比如html文件。
  • server.port：指定端口，默认非安全的Web服务器端口是80。
  • mimetype.assign：指定支持的文件。
  • index-file.names：指定入口文件。
  1. 在server.document-root指定的目录中存放html文件，下面是一个例子（index.html ）：
html 复制代码 
<html>
  <body>
    Hello Wolrd!
  </body>
</html>

当通过浏览器登录服务器时，首先访问到的就是这个文件。

启动lighttpd的应用程序的命令如下：

bash 复制代码 
root@ubuntu:/usr/local/lighttpd/sbin# ./lighttpd -D -f test.conf 
2023-09-03 07:17:49: (server.c.1909) server started (lighttpd/1.4.71)

启动之后该服务器会持续运行，此时可以查看到网络状态：

bash 复制代码 
root@ubuntu:/usr/local/lighttpd/sbin# netstat -ntlv
Active Internet connections (only servers)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State      
tcp        0      0 0.0.0.0:80              0.0.0.0:*               LISTEN     
tcp        0      0 127.0.0.1:631           0.0.0.0:*               LISTEN     
tcp        0      0 127.0.0.53:53           0.0.0.0:*               LISTEN     
tcp6       0      0 ::1:631                 :::*                    LISTEN

这里显示的第一行对应的就是lighttpd服务器，它监听80端口，IP显示全0表示没有限制。

通过浏览器访问lighttpd服务器，输入的IP就是Linux系统的IP，端口可以不写，默认就是80。测试结果如下图所示：

到这里一个简单的lighttpd服务器就已经开启了。

当然这只是一个开始，此时浏览器只能访问lighttpd中的简单html文件，要想要打通后端的socket程序和前端的WebSocket程序，还需要依赖于lighttpd的ws_tunnel插件。为了使lighttpd支持WebSocket，需要修改它的配置，以下是修改之后的test.conf ：

bash 复制代码 
server.modules += (
  "mod_wstunnel"
)

server.document-root = "/home/jw/code/www/html"
server.port = 80
mimetype.assign = (
  ".html" => "text/html",
  ".txt" => "text/plain",
  ".jpg" => "image/jpeg",
  ".png" => "image/png"
)
static-file.exclude-extensions = ( ".fcgi", ".php", ".rb", "~", ".inc" )
index-file.names = ( "index.html" )

$HTTP["url"] =~ "^/websocket.test" {
  wstunnel.server = (
    "" => ((
      "host" => "127.0.0.1",
      "port" => "888"
    ))
  )
  wstunnel.frame-type = "text"
}

这里的改动有以下的几个：

  • 通过server.modules引入lighttpd插件，在lighttpd中，通过插件的方式可以引入很多新的特性，比如这里的WebSocket（对应插件mod_wstunnel），还有CGI，代理，等等。

  • 配置wstunnel，所有的参数可以在Docs ConfigurationOptions - Lighttpd - lighty labs找到，这里的配置主要针对特定格式的WebSocket，其配置有两个：一个是转发的地址和端口，指向了localhost（127.0.0.1）和888端口，注意它们需要跟Linux端的服务器有相同的配置，否则无法转发到指定的处理程序；另一个是WebSocket的数据格式，这里指定的是文本格式。

配置修改之后重新打开lighttpd：

bash 复制代码 
root@ubuntu:/usr/local/lighttpd/sbin# ./lighttpd -D -f test.conf 
2023-09-09 22:20:15: (server.c.1909) server started (lighttpd/1.4.71)

socket编程

编写Linux端的服务器程序，下面是一个示例：

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>

// Should be same with the one in lihttpd.conf and index.html.
#define DEFAULT_PORT 888
// Should be same with the one in lihttpd.conf.
#define DEFAULT_IP "127.0.0.1"

int main(int argc, char **argv)
{
    int server_socket = -1;
    int client_socket = -1;
    struct sockaddr_in server_addr;
    struct sockaddr_in client_addr;
    char received_buffer[1024]; // Buffer for received.
    int received_len = -1;
    int sended_len = -1;
    int res = -1;
    socklen_t addr_len = sizeof(struct sockaddr);
    int index;

    // Create a socket.
    server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (server_socket < 0)
    {
        printf("Create socket failed: %s\n", strerror(errno));
        return -1;
    }

    // Bind the created socket on special IP and port.
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(DEFAULT_PORT);
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(DEFAULT_IP);
    if (bind(server_socket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0)
    {
        printf("Bind server failed: %s\n", strerror(errno));
        return -2;
    }
    printf("Socket[%d] has bond on port[%d] for IP address[%s]!\n",
           server_socket, DEFAULT_PORT, DEFAULT_IP);

    // Listen on the created socket.
    listen(server_socket, 10);

    while (1)
    {
        printf("Waiting and accept new client connect...\n");

        client_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr *)&client_addr, &addr_len);
        if (client_socket < 0)
        {
            printf("Accept client socket failed: %s\n", strerror(errno));
            return -3;
        }

        printf("Accept new client[%d] socket[%s:%d]\n", client_socket,
               inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));

        while (1)
        {
            memset(received_buffer, 0, sizeof(received_buffer));

            received_len = read(client_socket, received_buffer, sizeof(received_buffer));
            if (received_len < 0)
            {
                printf("Read data from client [%d] failed: %s\n", client_socket, strerror(errno));
                close(client_socket);
                break;
            }
            else if (0 == received_len)
            {
                printf("Client [%d] disconnected!\n", client_socket);
                close(client_socket);
                break;
            }
            else
            {
                printf("Read %d bytes from client[%d] and the data is : %s\n",
                       received_len, client_socket, received_buffer);
                // Send back the received buffer to client.
                sended_len = write(client_socket, received_buffer, received_len);
                if (sended_len < 0)
                {
                    printf("wWite data back to client[%d] failed: %s \n", client_socket,
                           strerror(errno));
                    close(client_socket);
                    break;
                }
            }
        }
        sleep(1);
    }

    if (client_socket)
    {
        close(client_socket);
    }
    close(server_socket);

    return 1;
}

这里使用了socket编程，注意socket和前面提到的WebSocket虽然都用来网络通信，但是它们不是同一个东西，关于它们的具体差别涉及到socket和WebSocket的基础，这里不展开。

这个程序的实现很简单，就是将服务器获取到的数据直接返回给发送端。编译和使用该程序：

bash 复制代码 
root@ubuntu:/home/jw/code/www/html# gcc websocket_server.c 
root@ubuntu:/home/jw/code/www/html# ./a.out 
Socket[3] has bond on port[888] for IP address[127.0.0.1]!
Waiting and accept new client connect...

再次查看网络状态：

bash 复制代码 
root@ubuntu:/usr/local/lighttpd/sbin# netstat -ntlv
Active Internet connections (only servers)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State      
tcp        0      0 0.0.0.0:80              0.0.0.0:*               LISTEN     
tcp        0      0 127.0.0.1:888           0.0.0.0:*               LISTEN     
tcp        0      0 127.0.0.1:631           0.0.0.0:*               LISTEN     
tcp        0      0 127.0.0.53:53           0.0.0.0:*               LISTEN     
tcp6       0      0 ::1:631                 :::*                    LISTEN

可以看到多监听了一个端口888，IP是localhost（127.0.0.1），由于ligtttpd的配置，前端连接过来的特定WebSocket（满足^/websocket.test的格式）就会被本程序处理。

WebSocket程序

本节介绍浏览器端代码的编写。

前面的两步都在Linux系统中（这里使用了虚拟机中的Ubuntu系统），而这里的操作可以在任意的系统中使用，只要存在浏览器，且跟Linux系统可以通过网络通信即可。不过编写的程序还是在Linux系统中，且在lighttpd指定的目录下，其示例代码（index.html）：

html 复制代码 
<h1>Websocket Test</h1>
<pre id="messages" style="height: 400px; overflow: scroll"></pre>
<input type="text" id="messageBox" placeholder="Type your message here"
  style="display: block; width: 100%; margin-bottom: 10px; padding: 10px;" />
<button id="send" title="Send Message!" style="width: 100%; height: 30px;">Send Message</button>

<script>
  (function () {
    const sendBtn = document.querySelector('#send');
    const messages = document.querySelector('#messages');
    const messageBox = document.querySelector('#messageBox');

    let ws;

    function showMessage(message) {
      messages.textContent += `\nReceived: ${message}`;
      messages.scrollTop = messages.scrollHeight;
      messageBox.value = '';
    }

    function init() {
      if (ws) {
        ws.onerror = ws.onopen = ws.onclose = null;
        ws.close();
      }

      ws = new WebSocket("ws://" + location.host + "/websocket.test");
      ws.onopen = () => {
        console.log('Connection opened!');
      }
      ws.onmessage = ({ data }) => showMessage(data);
      ws.onclose = function () {
        console.log('Connectino closed!');
        ws = null;
      }
    }

    sendBtn.onclick = function () {
      if (!ws) {
        showMessage("No WebSocket connection :(");
        return;
      }

      ws.send(messageBox.value);
      console.log("Sended: " + messageBox.value);
    }

    init();
  })();
</script>

注意这里的：

javascript 复制代码 
ws = new WebSocket("ws://" + location.host + "/websocket.test");

location.host对应的是Linux的IP，整个URL满足lighttpd中ws_tunnel的转发要求，所以会被第二步中的程序接收到。

通过浏览器访问location.host对应的地址，执行结果如下：

图中的虚拟机安装有Ubuntu20.04，开启两个进程，上面的是lighttpd作为Web服务器，下面是socket编写的服务器程序；虚拟机外面是浏览器，输入Ubuntu20.04系统的IP即可访问lighttpd，并显示指定目录下的index.html文件，在该界面下输入的内容会被lighttpd传递给服务器程序，而后者打印传递过来的内容然后返回，最后在浏览器显示出来。

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