使用C#开发自己的web服务器(图)

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摘要

这 篇文章讨论了如何使用C#开发一个简单的web服务器应用程序。尽管我们可以使用任何一种支持.NET的编程语言开发,但我选择了C#。本篇文章中的代码 是使用微软的β2版的Visual C# Compiler Version 7.00.9254 [CLR version v1.0.2914]编译通过的,对代码作一些小的改动后,使用β1版也可能编译通过。该web服务器应用程序能够与IIS或其他任何web服务器软件同 时在一台服务器上运行,只要为它指定一个空闲的端口即可。在本篇文章中,我还假定读者对.NET、C#或Visual Basic .Net有一定的了解。

该web服务器应用程序能够向浏览器返回HTML格式的文件,而且支持图像,它不加载嵌入式图像或支持任何一种脚本语言。为了简单起见,我将它开发成一个命令行应用程序。

准备工作

首先,我们需要为这个web服务器应用程序定义一个根文件夹,例如,C:\MyPersonalwebServer,然后在该要根目录下创建一个数据目录,例如,C:\MyPersonalwebServer\Data;最后在数据目录下创建三个文件,例如:

Mimes.Dat
  Vdirs.Dat
  Default.Dat

Mime.Dat中将包含该web服务器支持的MIME类型,其格式为<扩展名>; ,例如:

.html;text/html
  .htm;text/html
  .bmp;image/bmp

VDirs.Dat中包含有虚拟目录的信息,格式为; <物理目录>,例如:

/; C:\myWebServerRoot/
  test/; C:\myWebServerRoot\Imtiaz\

Default.Dat中包含有虚拟目录中文件的信息,例如:

default.html
  default.htm
  Index.html
  Index.htm

为简单起见,我们将使用文本文件存储所有的信息,但我们也可以使用XML等其他的格式。在开始研究代码之前,我们先来看一下在登录网站时浏览器需要传递的头部信息。

我们以请求test.html为例进行说明。在浏览器的地址栏输入:5050/test.html(记住,需要在URL中包括端口号),服务器将得到下面的信息:

〈/DRIVE:\PHYSICALDIR〉
  GET /test.html HTTP/1.1
Accept: image/gif, image/x-xbitmap, image/jpeg, image/pjpeg, application/vnd.ms-powerpoint, application/vnd.ms-excel, application/msword, */*
Accept-Language: en-usAccept-Encoding: gzip, deflate
User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 5.5; Windows NT 4.0; .NET CLR 1.0.2914)
Host: localhost:5050Connection: Keep-Alive
  开始编程
  namespace Imtiaz
  {
  using System;
  using System.IO;
  using System.Net;
  using System.Net.Sockets;
  using System.Text;
  using System.Threading ;
  class MyWebServer
  {
  private TcpListener myListener ;
  private int port = 5050 ; // 可以任意选择空闲的端口
  //生成TcpListener的构建器开始监听给定的端口,它还启动调用StartListen()方法的一个线程
  public MyWebServer()
  {
  try
  {
  //开始监听给定的端口
  myListener = new TcpListener(port) ;
  myListener.Start();
  Console.WriteLine("Web Server Running... Press ^C to Stop...");
  //启动调用StartListen方法的线程
  Thread th = new Thread(new ThreadStart(StartListen));
  th.Start() ;
  }
  catch(Exception e)
  {
  Console.WriteLine("An Exception Occurred while Listening :" +e.ToString());
  }
  }

我们定义了名字空间,包括应用程序必需的引用,初始化了构建器中的端口,启动了端口监听进程,创建了一个新的线程调用startlisten函数。

我们假设用户没有在URL中提供文件名,在这种情况下我们必须自己确定缺省的文件名,并将它返回给浏览器,就象在IIS中的文档标签中定义缺省的文档那样。

我们已经在default.dat中存储了缺省的文件名,并将文件存储在了数据目录中。GetTheDefaultFileName函数将目录路径作为输入参数,打开default.dat文件,在目录中查找文件,根据是否找到了文件返回文件名或一个空格。

public string GetTheDefaultFileName(string sLocalDirectory)
  {
  StreamReader sr;
  String sLine = "";
  try
  {
  //打开default.dat,获得缺省清单
  sr = new StreamReader("data\\Default.Dat");
  while ((sLine = sr.ReadLine()) != null)
  {
  //在web服务器的根目录下查找缺少文件
  if (File.Exists( sLocalDirectory + sLine) == true)
  break;
  }
  }
  catch(Exception e)
  {
  Console.WriteLine("An Exception Occurred : " + e.ToString());
  }
  if (File.Exists( sLocalDirectory + sLine) == true)
  return sLine;
  else
  return "";
  }

象在IIS中那样,我们必须将虚拟目录解析为物理目录。在Vdir.Dat中,我们已经存储了实际的物理目录和虚拟目录之间的映像关系。需要记住的是,在任何情况下,文件的格式都是重要的。

public string GetLocalPath(string sMyWebServerRoot, string sDirName)
  {
  treamReader sr;
  String sLine = "";
  String sVirtualDir = "";
  String sRealDir = "";
  intiStartPos = 0;
  //删除多余的空格
  sDirName.Trim();
  // 转换成小写
  sMyWebServerRoot = sMyWebServerRoot.ToLower();
  // 转换成小写
  sDirName = sDirName.ToLower();
  try
  {
  //打开Vdirs.dat文件,获得虚拟目录
  sr = new StreamReader("data\\VDirs.Dat");
  while ((sLine = sr.ReadLine()) != null)
  {
  //删除多余的空格
  sLine.Trim();
  if (sLine.Length > 0)
  {
  //找到分割符
  iStartPos = sLine.IndexOf(";");
  // 转换成小写
  sLine = sLine.ToLower();
  sVirtualDir = sLine.Substring(0,iStartPos);
  sRealDir = sLine.Substring(iStartPos + 1);
  if (sVirtualDir == sDirName)
  {
  break;
  }
  }
  }
  }
  catch(Exception e)
  {
  Console.WriteLine("An Exception Occurred : " + e.ToString());
  }
  if (sVirtualDir == sDirName)
  return sRealDir;
  else
  return "";
  }
  我们还必须使用用户提供的文件扩展名确定Mime类型。
  public string GetMimeType(string sRequestedFile)
  {
  StreamReader sr;
  String sLine = "";
  String sMimeType = "";
  String sFileExt = "";
  String sMimeExt = "";
  // 转换成小写
  sRequestedFile = sRequestedFile.ToLower();
  int iStartPos = sRequestedFile.IndexOf(".");
  sFileExt = sRequestedFile.Substring(iStartPos);
  try
  {
  //打开Vdirs.dat文件,获得虚拟目录
  sr = new StreamReader("data\\Mime.Dat");
  while ((sLine = sr.ReadLine()) != null)
  {
  sLine.Trim();
  if (sLine.Length > 0)
  {
  //找到分割符
  iStartPos = sLine.IndexOf(";");
  // 转换成小写
  sLine = sLine.ToLower();
  sMimeExt = sLine.Substring(0,iStartPos);
  sMimeType = sLine.Substring(iStartPos + 1);
  if (sMimeExt == sFileExt)
  break;
  }
  }
  }
  catch (Exception e)
  {
  Console.WriteLine("An Exception Occurred : " + e.ToString());
  }
  if (sMimeExt == sFileExt)
  return sMimeType;
  else
  return "";
  }

下面我们来编写建立和向浏览器(客户端)发送头部信息的函数。

public void SendHeader( string sHttpVersion,
  string sMIMEHeader,
  int iTotBytes,
  string sStatusCode,
  ref Socket mySocket)
  {
  String sBuffer = "";
  //如果用户没有提供Mime类型,则将其缺省地设置为text/html
  if (sMIMEHeader.Length == 0 )
  {
  sMIMEHeader = "text/html"; // Default Mime Type is text/html
  }
  sBuffer = sBuffer + sHttpVersion + sStatusCode + "\r\n";
  sBuffer = sBuffer + "Server: cx1193719-b\r\n";
  sBuffer = sBuffer + "Content-Type: " + sMIMEHeader + "\r\n";
  sBuffer = sBuffer + "Accept-Ranges: bytes\r\n";
  sBuffer = sBuffer + "Content-Length: " + iTotBytes + "\r\n\r\n";
  Byte[] bSendData = Encoding.ASCII.GetBytes(sBuffer);
  SendToBrowser( bSendData, ref mySocket);
  Console.WriteLine("Total Bytes : " + iTotBytes.ToString());
  }
  SendToBrowser函数向浏览器发送信息,这是一个工作量比较大的函数。
  public void SendToBrowser(String sData, ref Socket mySocket)
  {
  SendToBrowser (Encoding.ASCII.GetBytes(sData), ref mySocket);
  }
  public void SendToBrowser(Byte[] bSendData, ref Socket mySocket)
  {
  int numBytes = 0;
  try
  {
  if (mySocket.Connected)
  {
  if (( numBytes = mySocket.Send(bSendData, bSendData.Length,0)) == -1)
  Console.WriteLine("Socket Error cannot Send Packet");
  else
  {
  Console.WriteLine("No. of bytes send {0}" , numBytes);
  }
  }
  else
  Console.WriteLine("Connection Dropped....");
  }
  catch (Exception e)
  {
  Console.WriteLine("Error Occurred : {0} ", e );
  }
  }
  我们已经有了编写一个互联网服务器应用程序的一些部件,下面我们将讨论互联网服务器应用程序中的关健函数。
  public void StartListen()
  {
  int iStartPos = 0;
  String sRequest;
  String sDirName;
  String sRequestedFile;
  String sErrorMessage;
  String sLocalDir;
  String sMyWebServerRoot = "C:\\MyWebServerRoot\\";
  String sPhysicalFilePath = "";
  String sFormattedMessage = "";
  String sResponse = "";
  while(true)
  {
  //接受一个新的连接
  Socket mySocket = myListener.AcceptSocket() ;
  Console.WriteLine ("Socket Type " +mySocket.SocketType );
  if(mySocket.Connected)
  {
  Console.WriteLine("\nClient Connected!!\n==================\n
  CLient IP {0}\n", mySocket.RemoteEndPoint) ;
  //生成一个字节数组,从客户端接收数据
  Byte[] bReceive = new Byte[1024] ;
  int i = mySocket.Receive(bReceive,bReceive.Length,0) ;
  //将字节型数据转换为字符串
  string sBuffer = Encoding.ASCII.GetString(bReceive);
  //上前我们将只处理GET类型
  if (sBuffer.Substring(0,3) != "GET" )
  {
  Console.WriteLine("Only Get Method is supported..");
  mySocket.Close();
  return;
  }
  // 查找HTTP请求
  iStartPos = sBuffer.IndexOf("HTTP",1);
  // 获取“HTTP”文本和版本号,例如,它会返回“HTTP/1.1”
  string sHttpVersion = sBuffer.Substring(iStartPos,8);
  //解析请求的类型和目录/文件
  sRequest = sBuffer.Substring(0,iStartPos - 1);
  //如果存在\符号,则使用/替换
  sRequest.Replace("\\","/");
  //如果提供的文件名中没有/,表明这是一个目录,我们解危需要查找缺省的文件名
  if ((sRequest.IndexOf(".") <1) && (!sRequest.EndsWith("/")))
  {
  sRequest = sRequest + "/";
  }
  //解析请求的文件名
  iStartPos = sRequest.LastIndexOf("/") + 1;
  sRequestedFile = sRequest.Substring(iStartPos);
  //解析目录名
  sDirName = sRequest.Substring(sRequest.IndexOf("/"), sRequest.LastIndexOf("/")-3);
  上面的代码无须多加解释,它接收用户的请求,将用户的请求由字节型数据转换为字符串型数据,然后查找请求的类型,解析HTTP的版本号、文件和目录信息。
  // 确定物理目录
  if ( sDirName == "/")
  sLocalDir = sMyWebServerRoot;
  else
  {
  //获得虚拟目录
  sLocalDir = GetLocalPath(sMyWebServerRoot, sDirName);
  }
  Console.WriteLine("Directory Requested : " + sLocalDir);
  //如果物理目录不存在,则显示出错信息
  if (sLocalDir.Length == 0 )
  {
  sErrorMessage = "〈H2〉Error!! Requested Directory does not exists〈/H2〉〈Br〉";
  //sErrorMessage = sErrorMessage + "Please check data\\Vdirs.Dat";
  //对信息进行格式化
  SendHeader(sHttpVersion, "", sErrorMessage.Length, " 404 Not Found", ref mySocket);
  //向浏览器发送信息
  SendToBrowser(sErrorMessage, ref mySocket);
  mySocket.Close();
  continue;
  }

提 示:微软的IE浏览器一般情况下总会显示一个比较“友好”一点的HTTP错误网页,如果要显示我们的Web服务器应用程序的错误信息,需要禁用IE中“显 示友好HTTP错误信息”的功能,方法是依次点击“工具”->“互联网工具”,然后在其中的“高级”标签中即可以看到该选项。

如 果用户没有提供目录名,Web服务器应用程序会使用GetLocalPath函数获取物理目录的信息,如果目录不存在(或者没有映射为Vdir.Dat中 的条目),就会向浏览器发送错误信息。接下来Web服务器应用程序会确定文件名,如果用户没有提供文件名,Web服务器应用程序可以调用 GetTheDefaultFileName函数获取文件名,如果有错误发生,则会将错误信息发送到浏览器。

//如果文件名不存在,则查找缺省文件列表
  if (sRequestedFile.Length == 0 )
  {
  // 获取缺省的文件名
  sRequestedFile = GetTheDefaultFileName(sLocalDir);
  if (sRequestedFile == "")
  {
  sErrorMessage = "〈H2〉Error!! No Default File Name Specified〈/H2〉";
  SendHeader(sHttpVersion, "", sErrorMessage.Length, " 404 Not Found",
  ref mySocket);
  SendToBrowser ( sErrorMessage, ref mySocket);
  mySocket.Close();
  return;
  }
  }

下面我们来识别Mime类型:

String sMimeType = GetMimeType(sRequestedFile);
  //构建物理路径
  sPhysicalFilePath = sLocalDir + sRequestedFile;
  Console.WriteLine("File Requested : " + sPhysicalFilePath);
  最后一个步骤是打开被请求的文件,并将它发送给浏览器。
  if (File.Exists(sPhysicalFilePath) == false)
  {
  sErrorMessage = "〈H2〉404 Error! File Does Not Exists...〈/H2〉";
  SendHeader(sHttpVersion, "", sErrorMessage.Length, " 404 Not Found", ref mySocket);
  SendToBrowser( sErrorMessage, ref mySocket);
  Console.WriteLine(sFormattedMessage);
  }
  else
  {
  int iTotBytes=0;
  sResponse ="";
  FileStream fs = new FileStream(sPhysicalFilePath, FileMode.Open,FileAccess.Read,
  FileShare.Read);
  // 创建一个能够从FileStream中读取字节数据的reader
  BinaryReader reader = new BinaryReader(fs);
  byte[] bytes = new byte[fs.Length];
  int read;
  while((read = reader.Read(bytes, 0, bytes.Length)) != 0)
  {
  // 从文件中读取数据,并将数据发送到网络上
  sResponse = sResponse + Encoding.ASCII.GetString(bytes,0,read);
  iTotBytes = iTotBytes + read;
  }
  reader.Close();
  fs.Close();
  SendHeader(sHttpVersion, sMimeType, iTotBytes, " 200 OK", ref mySocket);
  SendToBrowser(bytes, ref mySocket);
  //mySocket.Send(bytes, bytes.Length,0);
  }
  mySocket.Close();
  }
  }
  }
  }
  }

编译和执行

可以使用下图所示的命令编译我们的Web服务器应用程序:

在我使用的.NET开发工具中,无须指定任何库的名字,在较老版本的.NET开发工具中,可能会需要使用/r参数添加对dll库文件的引用。

要运行该Web服务器应用程序,只要如下图那样输入程序的名字,并按回车键即可。

Now, let say user send the request, our web server will identify the default file name and sends to the browser.

现在,我们假设用户发送了请求,我们的Web服务器应用程序将会决定使用缺省的文件,并将它返回给浏览器。如下图所示:

当然了,用户也可以请求图像文件

可能的改进

WebServer仍然有许多地方可以加以改进。它不支持嵌入式图像和脚本,读者可以自己编写ISAPI过滤器,也可以使用IIS ISAPI过滤器。

结束语

本篇文章展示了开发Web服务器的基本原理,我们仍然可以对文章中的Web服务器应用程序进行许多改进,希望它能够起到抛砖引玉的作用,对读者有所启迪。

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