[P4C] W4-W5: C언어로 HTTP 서버 구현

W4-W5: C언어로 HTTP 서버 구현

참고 자료: C, TCP 기반으로 간단한 HTTP 서버 작성하기

# 1. 구현 내용

- 서버 프로그램이 존재하는 디렉터리를 기준으로 파일을 접근할 수 있는 서버
- 개발 순서

socket(), bind(), listen() 등을 활용하여 TCP 소켓을 만듬
accept() 후에 HTTP 프로토콜로 처리하는 함수를 만듬
처리 중에 에러가 발생하면 404, 500 상태 코드로 응답

- 과제 제출 예시 영상

# 2. TCP 소켓 생성하기

1) TCP란?

Transmission Control Protocol
서버와 클라이언트 간에 데이터를 신뢰성 있게 전달하기 위해 만들어진 프로토콜
데이터를 전송하기 전에 데이터 전송을 위한 연결을 만드는 연결지향 프로토콜
데이터는 네트워크선로를 통해 전달되는 과정에서 손실되거나 순서가 뒤바뀌어서 전달될 수 있는데, TCP는 손실을 검색해내서, 이를 교정하고 순서를 재조립할 수 있도록 해줌

2) TCP 특징

신뢰성
흐름 제어
다중화
연결형 서비스
TCP 연결은 데이터를 양방향으로 운반할 수 있음
TCP 연결은 3way handshake 절차를 사용하여 열림

3) Socket 이란?

소켓은 프로세스가 드넓은 네트워크 세계로 데이터를 내보내거나 혹은 그 세계로부터 데이터를 받기 위한 실제적인 창구 역할을 함
프로세스가 데이터를 보내거나 받기 위해서는 소켓을 열어서 소켓에 데이터를 써보내거나 소켓으로부터 데이터를 읽어들여야 함
소켓은 프로토콜, IP 주소, 포트 넘버로 정의됨
소켓은 떨어져 있는 두 호스트를 연결해주는 도구로써 인터페이스의 역할을 하는데, 데이터를 주고 받을 수 있는 구조체로 소켓을 통해 데이터 통로가 만들어짐
소켓은 역할에 따라 서버 소켓, 클라이언트 소켓으로 구분됨

4) 소켓통신의 흐름

- 서버(Server): 클라이언트 소켓의 연결 요청을 대기하고, 연결 요청이 오면 클라이언트 소켓을 생성하여 통신이 가능하게 함

socket() 함수를 이용하여 소켓을 생성
bind() 함수로 ip와 port 번호를 설정하게 됨
listen() 함수로 클라이언트와 접근 요청에 수신 대기열을 만들어 몇 개의 클라이언트를 대기 시킬지 결정
accept() 함수를 사용하여 클라이언트와의 연결을 기다림

- 클라이언트(Client): 실제로 데이터 송수신이 일어나는 것은 클라이언트 소켓임

socket() 함수로 가장먼저 소켓을 엶
connect() 함수를 이용하여 통신 할 서버의 설정된 ip와 port 번호에 통신을 시도
통신을 시도 시, 서버가 accept() 함수를 이용하여 클라이언트의 socket descriptor를 반환
이를 통해 클라이언트와 서버가 서로 read(), write()를 하며 통신 (이 과정이 반복됨)

5) TCP 소켓 준비

- bind() 함수

/*
    생성된 소켓 lsock(sd)에 주소 할당
    return bind() 값
*/
int bind_lsock(int lsock, int port) {
    struct sockaddr_in sin;

    sin.sin_family = AF_INET;
    sin.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    sin.sin_port = htons(port);

    return bind(lsock, (struct sockaddr *)&sin, sizeof(sin));
}

생성된 소켓 lsock(sd)에 주소 할당 및 bind된 결과를 리턴

- main() 함수

int main(int argc, char **argv) {
    int port, pid;
    int lsock, asock;

    struct sockaddr_in remote_sin;
    socklen_t remote_sin_len;

    if (argc < 2) {
        printf("Usage: %s {port}\n",argv[0]);
        exit(0);
    }

    port = atoi(argv[1]);
    printf("[INFO] The server will listen to port: %d.\n", port);
    
    lsock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (lsock < 0) {
        perror("[ERR] failed to create lsock.\n");
        exit(1);
    }

    if (bind_lsock(lsock, port) < 0) {
        perror("[ERR] failed to bind lsock.\n");
        exit(1);
    }
   
    printf("bind() success\n"); // 바인드 성공

    if (listen(lsock, 10) < 0) {
        perror("[ERR] failed to listen lsock.\n");
        exit(1);
    }

    printf("socket() success\n"); // 소켓 성공

    signal(SIGCHLD, SIG_IGN);

    while (1) {
        asock = accept(lsock, (struct sockaddr *)&remote_sin, &remote_sin_len);
        if (asock < 0) {
            perror("[ERR] failed to accept.\n");
            continue;
        }

        pid = fork(); // 멀티프로세스 생성 -> fork() 사용
        if (pid == 0) { 
            close(lsock); 
            http_handler(asock); 
            close(asock);
            exit(0);
        }

        if (pid != 0)   { close(asock); }
        if (pid < 0)    { perror("[ERR] failed to fork.\n"); }
    }
}

TCP 소켓 생성
이때 멀티 스레드 방식과 멀티 프로세스 방식을 사용할 수 있는데 해당 코드는 멀티 프로세스를 사용함

# 3. HTTP 구현

1) HTTP 프로토콜

- HTTP 프로토콜: TCP 소켓을 바탕으로 특정한 형식, 포맷으로 데이터를 주고 받는 것
- 브라우저가 보내는 요청:

GET / HTTP/1.1
Host: developer.mozilla.org Accept-Language: fr

- 서버가 보내는 응답

HTTP/1.1 200 OK
Date: Sat, 09 Oct 2010 14:28:02 GMT
Server: Apache
Last-Modified: Tue, 01 Dec 2009 20:18:22 GMT
ETag: "51142bc1-7449-479b075b2891b"
Accept-Ranges: bytes
Content-Length: 29769
Content-Type: text/html
<!DOCTYPE html... (here comes the 29769 bytes of the requested web page)

- 요청은 브라우저에서 보내주므로, 구현할 서버는 이 요청을 읽고 적절한 응답을 보내는 것

요청으로부터 Path("/")를 읽어 적절한 리소스를 반환해야 함
응답에 적절한 상태 코드와 헤더를 적어주어야 함
Content-Length: 브라우저가 헤더 다음 몇 바이트만큼 읽어야 하는지 알려줌
Content-Type: body가 어떤 타입인지, 브라우저에서 어떻게 보여주어야 하는지 알려줌

2) HTTP 구현 함수

- fill_header(): 상태 코드, 헤더 내용 등을 주어진 포인터에 채움

/*
    주어진 매개 변수를 기준으로 HTTP 헤더 형식 지정
*/
void fill_header(char *header, int status, long len, char *type) {
    char status_text[40];
    switch (status) {
        case 200:
            strcpy(status_text, "OK"); break;
        case 404:
            strcpy(status_text, "Not Found"); break;
        case 500:
        default:
            strcpy(status_text, "Internal Server Error"); break;
    }
    sprintf(header, HEADER_FMT, status, status_text, len, type);
}

- find_mime(): 파일의 확장자를 참조하여 적절한 Content Type 값을 주어진 포인터에 채움

/*
    uri로부터 content type 찾기
*/
void find_mime(char *ct_type, char *uri) {
    char *ext = strrchr(uri, '.');
    if (!strcmp(ext, ".html")) 
        strcpy(ct_type, "text/html");
    else if (!strcmp(ext, ".jpg") || !strcmp(ext, ".jpeg")) 
        strcpy(ct_type, "image/jpeg");
    else if (!strcmp(ext, ".png"))
        strcpy(ct_type, "image/png");
    else if (!strcmp(ext, ".css"))
        strcpy(ct_type, "text/css");
    else if (!strcmp(ext, ".js"))
        strcpy(ct_type, "text/javascript");
    else strcpy(ct_type, "text/plain");
}

- handle_404(), handle_500(): 상태 코드 400, 500로 응답할 때 사용

/*
    handler for not found(404)
*/
void handle_404(int asock) {
    char header[BUF_SIZE];
    fill_header(header, 404, sizeof(NOT_FOUND_CONTENT), "text/html");
    write(asock, header, strlen(header));
}

/*
    handler for internal server error(500)
*/
void handle_500(int asock) {
    char header[BUF_SIZE];
    fill_header(header, 500, sizeof(SERVER_ERROR_CONTENT), "text/html");
    write(asock, header, strlen(header));
}

- http_handler(): main() 함수에서 호출되는 대표 handler로, 요청된 파일을 읽으려고하며, 파일 접근에 성공하면 상태 코드 200으로 파일의 내용을 정상적으로 보냄. 도중에 실패하면 위의 handle_404() 혹은 handle_500()을 호출

/*
    main http handler
    요청된 리소스를 열고 전송
    failure에 대한 에러 호출
*/
void http_handler(int asock) {
    char header[BUF_SIZE];
    char buf[BUF_SIZE];
    char safe_uri[BUF_SIZE];
    char *local_uri;
    struct stat st;

    if (read(asock, buf, BUF_SIZE) < 0) {
        perror("[ERR] Failed to read request.\n");
        handle_500(asock); return;
    }

    printf("%s",buf); // 버퍼에 읽어들인 내용 모두 출력

    char *method = strtok(buf, " ");
    char *uri = strtok(NULL, " ");

    strcpy(safe_uri, uri);
    if (!strcmp(safe_uri, "/")) strcpy(safe_uri, "/index.html"); // '/'라면 자동으로 index.html을 match
    
    local_uri = safe_uri + 1;
    if (stat(local_uri, &st) < 0) {
        handle_404(asock); return;
    }

    int fd = open(local_uri, O_RDONLY);
    if (fd < 0) {
        handle_500(asock); return;
    }

    int ct_len = st.st_size;
    char ct_type[40];
    find_mime(ct_type, local_uri);
    fill_header(header, 200, ct_len, ct_type);
    write(asock, header, strlen(header));

    int cnt;
    while ((cnt = read(fd, buf, BUF_SIZE)) > 0)
        write(asock, buf, cnt);

}

# 4.산출물

- 컴파일: gcc -o http_server http_server.c (MacOS/Linux)
- 사용 파일: index.html, index.css, index.js
- index.html

<!doctype html>
<html>
    <head>
        <title>Testing</title>
        <link rel="stylesheet" href="index.css">
    </head>
    <body>
        <p>
            <strong>Hello, nonsong!</strong>
        </p>

        <img src="img/nonsong.png">

        <script src="index.js"></script>
    </body>
</html>

- index.css

* {
    background-color: skyblue;
    color: gray;
}

img {
    border-radius: 10px;
}

- index.js

console.log("Hello!");
console.log("Thank you.");

- 결과 영상

* 실행 후 터미널에서 해당 port에 대한 프로세스를 kill 해주어야 다음번에도 실행이 가능함 (다른 포트를 사용한다면 안해줘도 됨)

sudo lsof -i :8080
kill [위의 결과로 나온 프로세스 번호]

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