# Linux轻量级高并发Web服务器

**Repository Path**: miku-39c5bb/webserver

## Basic Information

- **Project Name**: Linux轻量级高并发Web服务器
- **Description**:  Linux轻量级高并发Web服务器
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 0
- **Created**: 2023-05-29
- **Last Updated**: 2023-07-11

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# Linux轻量级高并发Web服务器

## 项目介绍

在 Linux 环境下使用 C++ 搭建轻量级高并发 Web 服务器，支持一定数量的客户端连接并及时响应。

主要工作:
1. 使用 Socket 实现不同主机之间的通信
2. 使用 Epoll 技术实现 I/O 多路复用，提高效率
3. 使用线程池和模拟 Proactor 模式实现高并发处理
4. 利用双向链表和定时器实现长连接检测与关闭，节省资源

## 项目的执行过程

项目的编译和执行过程：需要在Linux系统下，执行以下命令

```shell
mkdir build
cmake ..
make
./app 10000
```

然后打开本机浏览器，以`IP:Port/index.html`的形式输入地址，例如192.168.xxx.xxx:10000/index.html，就可以得到服务器发送过来的响应


压力测试：执行以下命令即可

```
cd test_presure/webbench-1.5/
make
./webbench -c 4000 -t 5 http://192.168.xxx.xxx:10000/index.html
# -c 表示客户端数
# -t 表示时间
```

测试结果如下：

![img](./pic/image2.png)

## 项目细节与程序框图

### 技术框架

1. 线程池 + 非阻塞 socket + epoll + 事件处理的并发模型
2. 状态机解析HTTP请求
3. 心跳机制

### 主要内容

1. 使用 socket 实现服务器和浏览器客户端的通信；
2. 用 epoll 事件检测技术实现 IO 多路复用，提高运行效率；
3. 采用模拟 Proactor的事件处理模式，利用线程池实现多线程机制，实现高并发通信，减少频繁创建和销毁线程带来的开销；（信号和互斥锁）
4. 主进程负责事件的读写，子线程负责业务逻辑——用有限状态机解析HTTP（GET）请求报文；生成相应的响应报文。
5. 利用链表数据结构实现心跳机制（超时检测处理）。

![img](pic/image1.jpeg)

### 项目主体思路

1. 项目采用**`模拟Proactor模式`**。原理是：**主线程执行数据读写操作**，读写完成之后，**主线程向工作线程通知这一”完成事件“**。那么从**工作线程**的角度来看，它们就直接获得了数据读写的结果，接下来要做的只是对读写的结果**进行逻辑处理**。
2. 此外，项目中还涉及到了**`epoll`实现多路复用、边沿模式ET、EPOLLONESHOT事件、线程池、定时器关闭长连接**等工作
   1. **线程池**中是有一个动态创建的**线程数组**，一个**请求队列**，以及相关的锁和互斥量。**线程创建时传入`worker`函数，该函数有一个循环，循环中调用请求类型了`process`函数，可以保证请求队列中一有请求加入，线程池中的就会有一个线程来处理请求**。**这个`process`函数，即工作线程需要执行的逻辑处理函数**。每有一个客户端连接进来，即在`main.cpp`中检测到`EPOLLIN`事件时，就会先`read`读入请求，然后**调用`append`函数把这个请求加入到线程池的请求队列**中，然后就会**有空闲的线程从请求队列的队首取出一个请求**，并**执行`process`函数解析客户端的请求**。
   2. **定时器关闭长连接**，利用双向链表和定时器实现长连接检测与关闭，节省资源。设置一个定时器类`util_timer`，以及一个定时器链表`sort_timer_lst`，并将**这个两个类整合到客户端请求类`http_conn`中，定时器类`util_timer`是每个`http_conn`请求都有一个，并在`init`函数中进行`timer`定时器初始化，定时器链表`sort_timer_lst`是静态成员，所有`http_conn`请求共同维护**。
      在`main.cpp`中，设置**信号处理函数`addsig(SIGALRM, sig_to_pipe)`**，当有`SIGALRM`到来时，就发送到管道的读端`pipefd[0]`，并且`pipefd[0]`已加入`epoll`中，可以方便的检测`SIGALRM`信号。**在进行循环接收客户端请求前，先设置时钟`alarm(TIMESLOT); `，5s后产生一个`SIGALRM`**。**当检测到`pipefd[0]`有`SIGALRM`时，设置`timeout = true;`**，用`timeout`变量标记有定时任务需要处理，但**不立即处理定时任务，这是因为定时任务的优先级不是很高**，我们优先处理其他更重要的任务。最后**在当前这一轮的`epoll`返回的事件数组检查结束后，才处理定时事件**，因为I/O事件有更高的优先级，当然，这样做将导致定时任务不能精准的按照预定的时间执行。**定时处理任务，实际上就是调用`tick()`函数，删除过期的请求**。然后，还需要**再次设置时钟`alarm(TIMESLOT)`**，因为一次 `alarm `调用只会引起一次`SIGALRM `信号，所以我们要重新定时，以不断触发 `SIGALRM`信号。当然，还要重置`timeout = false`。
3. **主线程调用`read`函数**，读入客户端的HTTP请求，然后**将该客户端请求加入线程池的请求队列**
4. 线程池中，**当有线程空闲时，就会执行`process`函数进行处理，主要是负责解析请求、生成响应**
   `process`函数，由线程池中的**工作线程**调用，这是处理HTTP请求的入口函数，`process`函数的处理思路如下：
   1. **先调用`process_read`，解析请求行、请求头、空行、请求数据**，并设置相应的成员变量的值
      解析完客户端的请求后，**在`process_read`中调用`do_request`函数，打开客户端请求的文件，并将文件进行内存映射**，这部分内容就是客户端所需要的数据
    2. 然后调用`process_write`，生成响应。
       在**`process_write`中，会生成响应行、响应头、空行，这些部分最终经过`add_response`函数写入`m_write_buf`中**
       而**响应数据则在内存映射中，地址为`m_file_address`**
       **将`m_write_buf`、`m_file_address`这两块地址放入`m_iv`中**
    3. 将该客户端请求的套接字的`epoll`检测事件设为**`EPOLLOUT`**
 5. 最后**主线程通过`epoll`检测到`EPOLLOUT`事件**，调用`write`函数，**通过`writev`将`m_iv`中的响应写入客户端的套接字中，客户端就得到了需要的数据**