开源 C 库实现 HTTP 服务器：多线程+事件模型+外挂式跟踪技术

2023-01-08 00:52:21 +08:00
 monkeyNik

本文主要介绍 Melon 库中的一种跟踪技术，并以一个 HTTP 服务器的实现和使用为例进行说明。

关于 Melon 库，这是一个开源的 C 语言库，这个库不依赖其他开源第三方库，因此安装方便，开箱即用。并且中英文文档详细，便于作为工具书进行查阅。Github 仓库：传送门。

闲话少叙，我们直接上代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <errno.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/time.h>
#include "mln_core.h"
#include "mln_log.h"
#include "mln_http.h"
#include "mln_iothread.h"
#include "mln_trace.h"


static void *mln_thread_entry(void *args);
static void mln_accept(mln_event_t *ev, int fd, void *data);
static int mln_http_recv_body_handler(mln_http_t *http, mln_chain_t **in, mln_chain_t **nil);
static void mln_recv(mln_event_t *ev, int fd, void *data);
static void mln_quit(mln_event_t *ev, int fd, void *data);
static void mln_send(mln_event_t *ev, int fd, void *data);
static int mln_http_send_body_handler(mln_http_t *http, mln_chain_t **body_head, mln_chain_t **body_tail);

static void mln_accept(mln_event_t *ev, int fd, void *data)
{
    mln_tcp_conn_t *connection;
    mln_http_t *http;
    int connfd;
    socklen_t len;
    struct sockaddr_in addr;

    while (1) {
        memset(&addr, 0, sizeof(addr));
        len = sizeof(addr);
        connfd = accept(fd, (struct sockaddr *)&addr, &len);
        if (connfd < 0) {
            if (errno == EAGAIN) break;
            if (errno == EINTR) continue;
            perror("accept");
            exit(1);
        }

        connection = (mln_tcp_conn_t *)malloc(sizeof(mln_tcp_conn_t));
        if (connection == NULL) {
            fprintf(stderr, "3No memory.\n");
            close(connfd);
            continue;
        }
        if (mln_tcp_conn_init(connection, connfd) < 0) {
            fprintf(stderr, "4No memory.\n");
            close(connfd);
            free(connection);
            continue;
        }

        http = mln_http_init(connection, NULL, mln_http_recv_body_handler);
        if ( http == NULL) {
            fprintf(stderr, "5No memory.\n");
            mln_tcp_conn_destroy(connection);
            free(connection);
            close(connfd);
            continue;
        }

        if (mln_event_fd_set(ev, \
                             connfd, \
                             M_EV_RECV|M_EV_NONBLOCK, \
                             M_EV_UNLIMITED, \
                             http, \
                             mln_recv) < 0)
        {
            fprintf(stderr, "6No memory.\n");
            mln_http_destroy( http);
            mln_tcp_conn_destroy(connection);
            free(connection);
            close(connfd);
            continue;
        }
    }
}

static void mln_quit(mln_event_t *ev, int fd, void *data)
{
    mln_http_t *http = (mln_http_t *)data;
    mln_tcp_conn_t *connection = mln_http_get_connection( http);

    mln_event_fd_set(ev, fd, M_EV_CLR, M_EV_UNLIMITED, NULL, NULL);
    mln_http_destroy( http);
    mln_tcp_conn_destroy(connection);
    free(connection);
    close(fd);
}

static void mln_recv(mln_event_t *ev, int fd, void *data)
{
    mln_http_t *http = (mln_http_t *)data;
    mln_tcp_conn_t *connection = mln_http_get_connection( http);
    int ret, rc;
    mln_chain_t *c;

    while (1) {
        ret = mln_tcp_conn_recv(connection, M_C_TYPE_MEMORY);
        if (ret == M_C_FINISH) {
            continue;
        } else if (ret == M_C_NOTYET) {
            c = mln_tcp_conn_remove(connection, M_C_RECV);
            if (c != NULL) {
                rc = mln_http_parse( http, &c);
                if (c != NULL) {
                    mln_tcp_conn_append_chain(connection, c, NULL, M_C_RECV);
                }
                if (rc == M_HTTP_RET_OK) {
                    return;
                } else if (rc == M_HTTP_RET_DONE) {
                    mln_send(ev, fd, data);
                } else {
                    fprintf(stderr, "Http parse error. error_code:%u\n", mln_http_get_error( http));
                    mln_quit(ev, fd, data);
                    return;
                }
            }
            break;
        } else if (ret == M_C_CLOSED) {
            c = mln_tcp_conn_remove(connection, M_C_RECV);
            if (c != NULL) {
                rc = mln_http_parse( http, &c);
                if (c != NULL) {
                    mln_tcp_conn_append_chain(connection, c, NULL, M_C_RECV);
                }
                if (rc == M_HTTP_RET_ERROR) {
                    fprintf(stderr, "Http parse error. error_code:%u\n", mln_http_get_error( http));
                }
            }
            mln_quit(ev, fd, data);
            return;
        } else if (ret == M_C_ERROR) {
            mln_quit(ev, fd, data);
            return;
        }
    }
}

static int mln_http_recv_body_handler(mln_http_t *http, mln_chain_t **in, mln_chain_t **nil)
{
    mln_u32_t method = mln_http_get_method( http);
    mln_trace("s", method == M_HTTP_GET? "GET": "OTHERS");
    if (method == M_HTTP_GET)
        return M_HTTP_RET_DONE;
    mln_http_set_error( http, M_HTTP_NOT_IMPLEMENTED);
    return M_HTTP_RET_ERROR;
}

static void mln_send(mln_event_t *ev, int fd, void *data)
{
    mln_http_t *http = (mln_http_t *)data;
    mln_tcp_conn_t *connection = mln_http_get_connection( http);
    mln_chain_t *c = mln_tcp_conn_get_head(connection, M_C_SEND);
    int ret;

    if (c == NULL) {
        mln_http_reset( http);
        mln_http_set_status( http, M_HTTP_OK);
        mln_http_set_version( http, M_HTTP_VERSION_1_0);
        mln_http_set_type( http, M_HTTP_RESPONSE);
        mln_http_set_handler( http, mln_http_send_body_handler);
        mln_chain_t *body_head = NULL, *body_tail = NULL;
        if (mln_http_generate( http, &body_head, &body_tail) == M_HTTP_RET_ERROR) {
            fprintf(stderr, "mln_http_generate() failed. %u\n", mln_http_get_error( http));
            mln_quit(ev, fd, data);
            return;
        }
        mln_tcp_conn_append_chain(connection, body_head, body_tail, M_C_SEND);
    }

    while ((c = mln_tcp_conn_get_head(connection, M_C_SEND)) != NULL) {
        ret = mln_tcp_conn_send(connection);
        if (ret == M_C_FINISH) {
            mln_quit(ev, fd, data);
            break;
        } else if (ret == M_C_NOTYET) {
            mln_chain_pool_release_all(mln_tcp_conn_remove(connection, M_C_SENT));
            mln_event_fd_set(ev, fd, M_EV_SEND|M_EV_APPEND|M_EV_NONBLOCK, M_EV_UNLIMITED, data, mln_send);
            return;
        } else if (ret == M_C_ERROR) {
            mln_quit(ev, fd, data);
            return;
        } else {
            fprintf(stderr, "Shouldn't be here.\n");
            abort();
        }
    }
}

static int mln_http_send_body_handler(mln_http_t *http, mln_chain_t **body_head, mln_chain_t **body_tail)
{
    mln_u8ptr_t buf;
    mln_alloc_t *pool = mln_http_get_pool( http);
    mln_string_t cttype_key = mln_string("Content-Type");
    mln_string_t cttype_val = mln_string("text/html");

    buf = mln_alloc_m(pool, 5);
    if (buf == NULL) {
        mln_http_set_error( http, M_HTTP_INTERNAL_SERVER_ERROR);
        return M_HTTP_RET_ERROR;
    }
    memcpy(buf, "hello", 5);

    if (mln_http_set_field( http, &cttype_key, &cttype_val) == M_HTTP_RET_ERROR) {
        mln_http_set_error( http, M_HTTP_INTERNAL_SERVER_ERROR);
        return M_HTTP_RET_ERROR;
    }

    mln_string_t ctlen_key = mln_string("Content-Length");
    mln_string_t ctlen_val = mln_string("5");
    if (mln_http_set_field( http, &ctlen_key, &ctlen_val) == M_HTTP_RET_ERROR) {
        mln_http_set_error( http, M_HTTP_INTERNAL_SERVER_ERROR);
        return M_HTTP_RET_ERROR;
    }

    mln_chain_t *c = mln_chain_new(pool);
    if (c == NULL) {
        mln_http_set_error( http, M_HTTP_INTERNAL_SERVER_ERROR);
        return M_HTTP_RET_ERROR;
    }
    mln_buf_t *b = mln_buf_new(pool);
    if (b == NULL) {
        mln_chain_pool_release(c);
        mln_http_set_error( http, M_HTTP_INTERNAL_SERVER_ERROR);
        return M_HTTP_RET_ERROR;
    }
    c->buf = b;
    b->left_pos = b->pos = b->start = buf;
    b->last = b->end = buf + 5;
    b->in_memory = 1;
    b->last_buf = 1;
    b->last_in_chain = 1;

    if (*body_head == NULL) {
        *body_head = *body_tail = c;
    } else {
        (*body_tail)->next = c;
        *body_tail = c;
    }

    return M_HTTP_RET_DONE;
}

static void *mln_thread_entry(void *args)
{
    mln_event_dispatch((mln_event_t *)args);
    return NULL;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    mln_event_t *ev;
    mln_iothread_t t;
    struct sockaddr_in addr;
    int val = 1, listenfd;
    int nthread = 1;
    mln_u16_t port = 1234;
    mln_s8_t ip[] = "0.0.0.0";
    struct mln_core_attr cattr;
    struct mln_iothread_attr tattr;

    /* init library */
    cattr.argc = 0;
    cattr.argv = NULL;
    cattr.global_init = NULL;
    cattr.master_process = NULL;
    cattr.worker_process = NULL;
    mln_core_init(&cattr);

    /* create event instance */
    if ((ev = mln_event_new()) == NULL) {
        mln_log(error, "event new error.\n");
        return -1;
    }

    /* set listen fd */
    listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (listenfd < 0) {
        mln_log(error, "listen socket error\n");
        return -1;
    }
    if (setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &val, sizeof(val)) < 0) {
        mln_log(error, "setsockopt error\n");
        return -1;
    }
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(port);
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    if (bind(listenfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) < 0) {
        mln_log(error, "bind error\n");
        return -1;
    }
    if (listen(listenfd, 511) < 0) {
        mln_log(error, "listen error\n");
        return -1;
    }
    if (mln_event_fd_set(ev, \
                         listenfd, \
                         M_EV_RECV|M_EV_NONBLOCK, \
                         M_EV_UNLIMITED, \
                         NULL, \
                         mln_accept) < 0)
    {
        mln_log(error, "listen sock set event error\n");
        return -1;
    }

    /* init trace */
    if (mln_trace_init(ev, mln_trace_path()) < 0) {
        mln_log(error, "trace init failed.\n");
        return -1;
    }

    /* create threads */
    tattr.nthread = nthread;
    tattr.entry = (mln_iothread_entry_t)mln_thread_entry;
    tattr.args = ev;
    tattr.handler = NULL;
    if (mln_iothread_init(&t, &tattr) < 0) {
        mln_log(error, "iothread init failed\n");
        return -1;
    }

    mln_event_dispatch(ev);
    return 0;
}

在这 329 行代码中，我们使用 Melon 库实现了一个简单的 HTTP1.1 服务器，这个服务器的行为就是，当收到 GET 请求后会回复一个 200 Hello 。

在这个例子中，我们起了两个线程（主线程+1 个工作线程），两个线程都会操作同一个事件对象（ev)。而我们的 HTTP 服务器的 socket 则是依赖于这个事件对象ev的。换言之，事件对象是可以跨线程调度的，且事件模型帮我们屏蔽了惊群的问题。

这里其实可以只用单线程，只是为了给读者演示和证明事件模型是支持多线程的。

接着，我们可以看到mln_trace_init这个函数在main中被调用，用于初始化跟踪（ tracing ）任务。

标题中之所以称为外挂式，原因是因为，跟踪（ tracing ）数据是由一个额外的脚本任务进行处理的。虽然脚本任务也依赖于事件模型，但脚本任务不会阻止 socket 事件的触发和处理。简单来说，所有的句柄、定时器事件与脚本运行是分时处理的，且不会因为脚本中存在死循环而导致其余事件无法被处理。此外，如果我们不启用跟踪脚本，或者不配置跟踪配置项，那么程序是不会投递跟踪信息的（见mln_accept中的mln_trace调用处）。

trace 脚本使用的在 Melon 库中内置的脚本语言Melang，我们看一下与本例配套的 Melang 脚本：

sys = Import('sys');

Pipe('subscribe');
beg = sys.time();
sum = [];
while (1) {
    ret = Pipe('recv');
    if (!ret) {
       now = sys.time();
       if (now - beg >= 3) {
           sys.print(sum);
           beg = now;
       } fi
       sys.msleep(10);
    } else {
       n = sys.size(ret);
       for (i = 0; i < n; ++i) {
           if (!(sys.has(sum, ret[i][0])))
               sum[ret[i][0]] = 0;
           fi
           sum[ret[i][0]]++;
       }
    }
}
Pipe('unsubscribe');

简单描述一下：我们会对所有的请求按方法(method)的不同进行归类统计，统计不同方法的请求总次数，并每 3 秒输出一次统计结果。

接着，我们要修改 Melon 的配置文件，将trace_mode配置项注释去掉。

注意：如果你是在 Melon 源码目录中启动 http 服务器，那么应该修改的是Melon/trace/trace.m文件。否则，应该修改/usr/local/lib/melang/trace/trace.m文件，因为解释器会优先查看当前路径下是否有该文件。

下面，我们来运行程序：

#tty1
$ ./a

#tty2
$ ab -c 100 -n 100 http://127.1:1234/

此时，我们可以看到 tty1 中输出：

...
[]
[]
[100, ]
...

并且随着ab被多次调用，数组中的值也会随之增加。

最后，总结一下这样做的好处。

  1. 采用这种跟踪模式可以按需开启跟踪和关闭跟踪，甚至可以在程序中调用 trace 模块接口实现动态开启和关闭跟踪模式。
  2. Melang 脚本本身也支持与 MySQL 通信，因此可以在脚本层进行跟踪信息汇总和入库，这样就将统计与功能相分离，完全不需要在 C 程序中加入大量统计变量。
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