Linux平臺上部署Mongoose服務器的方法介紹

前言

Mongoose是一個開源web服務器程序，僅有mongoose.c和 mongoose.h兩個文件，雖然小巧，但具有基本的web服務器的功能，同時Mongoose是用C編寫的，所以很是適合應用到嵌入式設備中。
目前Mongoose能夠支持嵌入到C/C++、Python、C#。本文主要介紹下如何在Linux環境下將Mongoose代碼嵌入到C應用程序中，並完成服務器的部署工做。
爲了更快地熟悉web服務器的特性，在介紹部署服務器以前，有必要先介紹下服務器和客戶端之間網絡通信的基礎傳輸技術。

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TCP鏈接過程

瀏覽器與Web服務器之間的請求和響應是使用HTTP協議進行的，但HTTP協議只是應用層使用的協議，傳輸層進行的數據通訊則是經過TCP協議來保證的。
TCP協議是面向鏈接的協議，整體包括創建鏈接、數據傳輸和關閉鏈接這三個過程，創建鏈接採用「三次握手」方式來完成，鏈接成功後便可發送數據，在關閉鏈接以前，爲確保數據正確傳遞完畢，須要採用「四次揮手」方式關閉鏈接。下面來分析下「三次握手」和「四次揮手」的過程。

一、客戶端（192.20.1.12）「三次握手」鏈接服務器（192.20.1.122）

• 第一次握手：客戶端發送鏈接請求報文段至服務器

SYN(flag)＝1，表示客戶端要求創建鏈接
Seq=x，隨機產生序號

• 第二次握手：服務器收到報文後確認鏈接請求，向客戶端返回應答報文

SYN(flag)＝1
ACK(flag)=1，表示服務器確認請求
ACK(num) =x+1（客戶端Seq+1）
Seq=y，隨機產生序號

• 第三次握手：客戶端收到響應後檢查ACK(num)和ACK(flag)值，並向服務器給出確認

ACK(flag)=1，檢查正確，客戶端發送確認
ACK(num) =y+1(服務器Seq+1)，客戶端發送確認號
Seq=x+1

• 完成三次握手，客戶端與服務器開始傳送數據

二、客戶端（192.20.1.12）與服務器（192.20.1.122）「四次揮手」斷開鏈接。客戶端與服務器都可主動發起斷開TCP鏈接請求，此處以客戶端發起請求爲例。

• 第一次揮手：客戶端發送釋放請求報文段至服務器，並不在發送數據

FIN(flag)＝1，客戶端要求終止鏈接
ACK(num)=z，上包數據Seq值
Seq=x，上包數據ACK(num)值

• 第二次揮手：服務器收到釋放鏈接請求後向客戶端返回應答報文。此時鏈接處於半關閉狀態，即客戶端再也不向服務器發送數據，但若是服務器仍有數據要發送給客戶端，仍能夠發送，客戶端只要正確收到數據，仍應向服務器發送確認

ACK(flag)=1，表示服務器確認請求
ACK(num) =x+1（客戶端Seq+1）
Seq=y，隨機產生序號

• 第三次揮手：若服務器再也不向客戶端發送數據，則服務器發送鏈接釋放應答至客戶端，關閉反方向鏈接

FIN(flag)＝1，服務器要求終止鏈接
ACK(flag)=1，服務器發送確認
ACK(num) =x+1，與第二次揮手一致
Seq=y，與第二次揮手一致

• 第四次揮手：客戶端收到響應後向服務器給出確認，釋放從服務器至客戶端方向的鏈接。

ACK(flag)=1，檢查正確，客戶端發送確認
ACK(num) =y+1(服務器Seq+1)，客戶端發送確認號
Seq=x+1

• 完成四次揮手，客戶端與服務器所有鏈接徹底釋放

也許有人會有疑惑，爲何創建鏈接協議是「三次握手」，而關閉鏈接倒是「四次揮手」呢？因爲TCP鏈接是全雙工的，當關閉鏈接時，服務器收到客戶端的FIN報文通知，僅僅表示客戶端沒有數據發送給服務器，但未必服務器全部的數據都發送給了客戶端，可能還須要發送一些數據後再關閉鏈接。因此ACK報文和FIN報文分開發送造成了「四次揮手」。

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Socket編程

在網絡編程中不可避免地會使用到Socket編程，Socket將TCP/IP協議封裝成API接口，
使得程序員更方便地使用TCP/IP協議棧。
Socket是以"打開—讀/寫—關閉"模式實現，以TCP協議通信的Socket爲例，交互流程大體以下，這裏從服務器的角度對流程進行介紹：

• 建立socket()。socket()根據指定的協議族（IPv4/IPv6）、通訊類型（TCP/UDP）在sockfs文件系統中分配一個使用socket描述字關聯的資源，進程能夠像訪問一個已經打開的文件同樣訪問socket資源。
• 綁定bind()。bind()在這個socket上綁定一個指定的端口號和IP地址。網絡通訊歸根結底可視爲不一樣計算機上的進程間通信，IP地址只能肯定進程所在的計算機，而結合端口號能夠惟一肯定整個網絡中的一個網絡進程。當IP地址爲INADDR_ANY(0)時，表示本地計算機的默認IP地址。
• 監聽listen()。服務器socket端口一直處於等待狀態，監聽網絡中全部客戶端對端口號請求，隨時準備接收客戶端發來的鏈接
• 接受accept()。服務器socket監聽到客戶端請求以後，將請求放在等待隊列中，accept()從等待隊列中提取鏈接請求，建立一個新的socket進行操做，而原來所監聽的socket不受影響。
• 讀/寫write()/read()。發送內容即向socket寫入內容，讀取內容即從socket獲取內容
• 關閉close()。close()關閉socket。

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MakeFile

C程序的編譯過程當中，依次要進行預處理、編譯、彙編、連接四個階段，在Linux平臺shell輸入gcc命令完成上述步驟，但gcc在編譯一個包含許多源文件的工程時，須要將其中的每一個源文件都編譯一遍，而後再所有鏈接起來，這樣效率很是低，尤爲當用戶只是修改了其中某一個文件的時候，許多已經生成的目標文件是不會改變的，徹底沒有必要將每一個文件都從新編譯一遍。
爲解決gcc編譯的低效問題，Windows平臺上的集成開發環境（IDE）提供了工程管理器，用戶只須要點擊一個「make」按鈕就能夠啓動工程管理器對整個程序進行自動編譯。
在Linux平臺上，make工具和makefile提供了簡單有效的工程管理方式。makefile決定編譯工程的規則，經過make命令能夠啓動make工具根據makefile文件中的編譯規對程序進行編譯和連接，最終生成可執行文件。
Mongoose官網下載的源程序例程中提供了makefile文件，能夠直接使用。

文件一：
PROG = simplest_web_server
MODULE_CFLAGS=-DMG_DISABLE_DAV_AUTH -DMG_ENABLE_FAKE_DAVLOCK
include ../examples.mk

文件二：
SUBDIRS = $(sort $(dir $(wildcard ./*/)))
SUBDIRS:=$(filter-out ./ ./CC3200/ ./ESP32_IDF/ ./ESP8266_RTOS/ ./mbed/ ./MSP432/ ./nRF51/ ./nRF52/ ./NXP_K64/ ./NXP_LPC4088/ ./PIC32/ ./STM32F4_CC3100/ ./TM4C129/ ./WinCE/, $(SUBDIRS))

ifeq ($(OS), Windows_NT)
  SUBDIRS:=$(filter-out ./netcat/ ./raspberry_pi_mjpeg_led/ ./captive_dns_server/, $(SUBDIRS))
endif

.PHONY: $(SUBDIRS)

all: $(SUBDIRS)

$(SUBDIRS):
    @$(MAKE) -C $@
clean:
    for d in $(SUBDIRS) ; do $(MAKE) -C $$d clean ; done

此處爲了更好地說明makefile文件的功能，簡單地編寫了生成可執行文件的編譯規則。將simplest_web_server.c mongoose.h編譯成中間文件simplest_web_server.o，mongoose.c mongoose.h編譯成中間文件mongoose.o，再將.o文件文件和所需的庫文件連接成最終的可執行文件.all

all : simplest_web_server.o mongoose.o
    gcc -o all simplest_web_server.o mongoose.o 
simplest_web_server.o :  simplest_web_server.c mongoose.h
    gcc -c simplest_web_server.c    
mongoose.o :  mongoose.c mongoose.h
    gcc -c mongoose.c

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Linux平臺運行

Mongoose開源程序（官網下載6.9版本）提供了多個功能的例程，這裏選用simplest_web_server（基礎web服務器程序）的main函數做爲主應用程序。

建立Socket、綁定、監聽等流程在如下函數中實現：

nc = mg_bind(&mgr, s_http_port, ev_handler);

循環mg_mgr_poll()遍歷全部Socket，接受到新鏈接後進行數據收發，同時調用Socket相應事件處理函數。

for (;;) { 
mg_mgr_poll(&mgr, 1000); 
}

由用戶實現的事件處理接口以下所示，可在該接口中實現服務器後臺的業務邏輯功能：

static void ev_handler(struct mg_connection *nc, int ev, void *p) {
  if (ev == MG_EV_HTTP_REQUEST) {
    mg_serve_http(nc, (struct http_message *) p, s_http_server_opts);
  }
}

此處示例在mg_serve_http()中經過Linux文件系統查找index.html文件並返回給瀏覽器：

if (opts.index_files == NULL) {
    opts.index_files = "index.html,index.htm,index.shtml,index.cgi,index.php";
  }

將mongoose.h、mongoose.c和simplest_web_server.c拷貝到本身的程序目錄下，同時將index.html也放置到該目錄下。

在Linux的Shell命令行輸入make命令，make工具會自動尋找當前目錄下的「makefile」文件進行解析，並生成最終的可執行文件.all，運行.all可啓動web服務器程序。

在服務器本機的瀏覽器中輸入http://localhost:1200/來訪問web服務器，以下圖所示：

經過另外一臺電腦的瀏覽器輸入http://192.168.20.1:1200/，以下圖所示：