C++项目详细分析_WebServer

news2025/1/9 17:14:51

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源码详细分析

项目路径如下：
在这里插入图片描述

1.webserver.cpp

头文件和构造函数

#include "webserver.h"

WebServer::WebServer()
{
    // http_conn类对象
    users = new http_conn[MAX_FD];

    // root文件夹路径
    char server_path[200];
    getcwd(server_path, 200);  // 获取当前工作目录
    char root[6] = "/root";
    m_root = (char *)malloc(strlen(server_path) + strlen(root) + 1);
    strcpy(m_root, server_path);
    strcat(m_root, root);

    // 定时器
    users_timer = new client_data[MAX_FD];
}
  1. #include "webserver.h"：包含WebServer类的声明。
  2. 构造函数WebServer::WebServer()：初始化WebServer对象。
    • users = new http_conn[MAX_FD];：创建一个http_conn对象数组，用于处理客户端连接。
    • getcwd(server_path, 200);：获取当前工作目录。
    • 设置root文件夹路径：将当前工作目录和"/root"拼接成新的字符串，存储在m_root中。使用strcpy(m_root, server_path)将当前工作目录的路径复制到m_root中。使用strcat(m_root, root)将/root附加到当前工作目录路径的末尾。
    • users_timer = new client_data[MAX_FD];：创建一个client_data对象数组，用于管理客户端定时器。
      这段代码的主要作用是构建服务器的根目录路径，将当前工作目录与/root路径拼接在一起，最终用于指向服务器资源文件的位置（如HTML、GIF、JPG等文件）。

析构函数

WebServer::~WebServer()
{
    close(m_epollfd);
    close(m_listenfd);
    close(m_pipefd[1]);
    close(m_pipefd[0]);
    delete[] users;
    delete[] users_timer;
    delete m_pool;
}
  • 析构函数WebServer::~WebServer()：释放资源。
    • 关闭epoll文件描述符、监听文件描述符、管道文件描述符。
    • 删除动态分配的users和users_timer数组。
    • 删除线程池对象m_pool。

初始化函数

void WebServer::init(int port, string user, string passWord, string databaseName, int log_write, 
                     int opt_linger, int trigmode, int sql_num, int thread_num, int close_log, int actor_model)
{
    m_port = port;
    m_user = user;
    m_passWord = passWord;
    m_databaseName = databaseName;
    m_sql_num = sql_num;
    m_thread_num = thread_num;
    m_log_write = log_write;
    m_OPT_LINGER = opt_linger;
    m_TRIGMode = trigmode;
    m_close_log = close_log;
    m_actormodel = actor_model;
}
  • 初始化函数WebServer::init：初始化服务器的各项参数。
    • 设置端口号、数据库用户名和密码、数据库名、日志写入方式、关闭连接选项、触发模式、数据库连接池大小、线程池大小、日志关闭选项、事件模型等。

触发模式函数

void WebServer::trig_mode()
{
    // LT + LT
    if (0 == m_TRIGMode)
    {
        m_LISTENTrigmode = 0;
        m_CONNTrigmode = 0;
    }
    // LT + ET
    else if (1 == m_TRIGMode)
    {
        m_LISTENTrigmode = 0;
        m_CONNTrigmode = 1;
    }
    // ET + LT
    else if (2 == m_TRIGMode)
    {
        m_LISTENTrigmode = 1;
        m_CONNTrigmode = 0;
    }
    // ET + ET
    else if (3 == m_TRIGMode)
    {
        m_LISTENTrigmode = 1;
        m_CONNTrigmode = 1;
    }
}
  • 触发模式函数WebServer::trig_mode：设置监听和连接的触发模式。
    • LT（水平触发）：0
    • ET（边缘触发）：1
    • 根据m_TRIGMode的值来设置监听和连接的触发模式。
这段代码的作用：

WebServer::trig_mode函数用于设置服务器的监听（m_LISTENTrigmode）和连接（m_CONNTrigmode）的触发模式。触发模式有两种：LT（水平触发，Level-Triggered）和ET（边缘触发，Edge-Triggered），分别用0和1表示。

根据m_TRIGMode的值，trig_mode函数将决定监听和连接操作的触发模式：

  • m_TRIGMode == 0: 监听和连接均采用LT（水平触发）。
  • m_TRIGMode == 1: 监听采用LT，连接采用ET（边缘触发）。
  • m_TRIGMode == 2: 监听采用ET，连接采用LT。
  • m_TRIGMode == 3: 监听和连接均采用ET。
水平触发（LT）和边缘触发（ET）的区别：

这两种触发模式是针对I/O事件的不同处理方式，通常用于 epoll 或者 select/poll等 I/O 多路复用机制。

  1. LT（Level-Triggered，水平触发）：

    • 工作方式：在水平触发模式下，只要文件描述符上还有数据未处理，epoll会反复通知应用程序。因此，只要某个事件没有被处理，下一次调用epoll_wait时，仍会返回该事件。
    • 特点：
      • 容易编程，适合大部分场景。
      • 可能导致重复处理同一事件。
    • 场景：适用于要求及时处理事件的场景，编程简单，但效率相对较低。

  2. ET（Edge-Triggered，边缘触发）：

    • 工作方式：在边缘触发模式下，epoll只会在文件描述符状态发生变化时通知应用程序，且只通知一次。如果应用程序没有在第一次通知时处理完所有数据，后续epoll_wait不会再通知该事件，除非状态再次发生变化。
    • 特点：
      • 更高效，减少了系统调用次数。
      • 编程复杂，需要确保一次性处理所有数据，否则可能会错过事件。
    • 场景：适用于高性能、高并发服务器，需要精确控制I/O操作。

日志写入函数

void WebServer::log_write()
{
    if (0 == m_close_log)
    {
        // 初始化日志
        if (1 == m_log_write)
            Log::get_instance()->init("./ServerLog", m_close_log, 2000, 800000, 800);
        else
            Log::get_instance()->init("./ServerLog", m_close_log, 2000, 800000, 0);
    }
}
  • 日志写入函数WebServer::log_write：初始化日志系统。
    • 根据m_log_write的值来选择不同的日志初始化方式。

数据库连接池初始化

void WebServer::sql_pool()
{
    // 初始化数据库连接池
    m_connPool = connection_pool::GetInstance();
    m_connPool->init("localhost", m_user, m_passWord, m_databaseName, 3306, m_sql_num, m_close_log);

    // 初始化数据库读取表
    users->initmysql_result(m_connPool);
}
  • 数据库连接池初始化函数WebServer::sql_pool：初始化数据库连接池并读取数据库表。
    • 获取数据库连接池实例，并进行初始化。
    • 调用http_conn对象的initmysql_result方法，初始化数据库读取表。

线程池初始化

void WebServer::thread_pool()
{
    // 线程池
    m_pool = new threadpool<http_conn>(m_actormodel, m_connPool, m_thread_num);
}
  • 线程池初始化函数WebServer::thread_pool：创建并初始化线程池对象m_pool。

事件监听函数

void WebServer::eventListen()
{
    // 网络编程基础步骤
    m_listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    assert(m_listenfd >= 0);

    // 优雅关闭连接
    if (0 == m_OPT_LINGER)
    {
        struct linger tmp = {0, 1};
        setsockopt(m_listenfd, SOL_SOCKET, SO_LINGER, &tmp, sizeof(tmp));
    }
    else if (1 == m_OPT_LINGER)
    {
        struct linger tmp = {1, 1};
        setsockopt(m_listenfd, SOL_SOCKET, SO_LINGER, &tmp, sizeof(tmp));
    }

    int ret = 0;
    struct sockaddr_in address;
    bzero(&address, sizeof(address));
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    address.sin_port = htons(m_port);

    int flag = 1;
    setsockopt(m_listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &flag, sizeof(flag));
    ret = bind(m_listenfd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address));
    assert(ret >= 0);
    ret = listen(m_listenfd, 5);
    assert(ret >= 0);

    utils.init(TIMESLOT);

    // epoll创建内核事件表
    epoll_event events[MAX_EVENT_NUMBER];
    m_epollfd = epoll_create(5);
    assert(m_epollfd != -1);

    utils.addfd(m_epollfd, m_listenfd, false, m_LISTENTrigmode);
    http_conn::m_epollfd = m_epollfd;

    ret = socketpair(PF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, m_pipefd);
    assert(ret != -1);
    utils.setnonblocking(m_pipefd[1]);
    utils.addfd(m_epollfd, m_pipefd[0], false, 0);

    utils.addsig(SIGPIPE, SIG_IGN);
    utils.addsig(SIGALRM, utils.sig_handler, false);
    utils.addsig(SIGTERM, utils.sig_handler, false);

    alarm(TIMESLOT);

    // 工具类,信号和描述符基础操作
    Utils::u_pipefd = m_pipefd;
    Utils::u_epollfd = m_epollfd;
}
  • 事件监听函数WebServer::eventListen：设置监听socket和epoll事件。
    • 创建监听socket m_listenfd，并设置相关选项（如SO_LINGER）。
    • 将socket绑定到指定的地址和端口，并开始监听。
    • 初始化工具类utils。
    • 创建epoll实例m_epollfd，并将监听socket m_listenfd加入epoll监听列表。
    • 创建UNIX域套接字对 m_pipefd，用于进程间通信，并将其加入epoll监听列表。
    • 设置信号处理函数，忽略SIGPIPE信号，处理SIGALRM和SIGTERM信号。
    • 启动定时器 alarm。

定时器相关函数

void WebServer::timer(int connfd, struct sockaddr_in client_address)
{
    users[connfd].init(connfd, client_address, m_root, m_CONNTrigmode, m_close_log, m_user, m_passWord, m_databaseName);

    // 初始化client_data数据
    users_timer[connfd].address = client_address;
    users_timer[connfd].sockfd = connfd;
    util_timer *timer = new util_timer;
    timer->user_data = &users_timer[connfd];
    timer->cb_func = cb_func;
    time_t cur = time(NULL);
    timer->expire = cur + 3 * TIMESLOT;
    users_timer[connfd].timer = timer;
    utils.m_timer_lst.add_timer(timer);
}
  • 定时器相关函数WebServer::timer：为新连接初始化定时器。
    • 初始化http_conn对象。
    • 初始化client_data对象，并创建新的util_timer定时器。
    • 将定时器加入定时器链表m_timer_lst。

调整定时器

void WebServer::adjust_timer(util_timer *timer)
{
    time_t cur = time(NULL);
    timer->expire = cur + 3 * TIMESLOT;
    utils.m_timer_lst.adjust_timer(timer);

    LOG_INFO("%s", "adjust timer once");
}
  • 调整定时器函数WebServer::adjust_timer：调整定时器的过期时间并重新加入定时器链表。

定时器回调函数

void WebServer::deal_timer(util_timer *timer, int sockfd)
{
    timer->cb_func(&users_timer[sockfd]);
    if (timer)
    {
        utils.m_timer_lst.del_timer(timer);
    }

    LOG_INFO("close fd %d", users_timer[sockfd].sockfd);
}
  • 定时器回调函数WebServer::deal_timer：处理定时器过期事件，关闭连接并删除定时器。

处理客户端数据

bool WebServer::dealclinetdata()
{
    struct sockaddr_in client_address;
    socklen_t client_addrlength = sizeof(client_address);

    if (0 == m_LISTENTrigmode)
    {
        int connfd = accept(m_listenfd, (struct sockaddr *)&client_address, &client_addrlength);
        if (connfd < 0)
        {
            LOG_ERROR("%s:errno is:%d", "accept error", errno);
            return false;
        }
        if (http_conn::m_user_count >= MAX_FD)
        {
            utils.show_error(connfd, "Internal server busy");
            LOG_ERROR("%s", "Internal server busy");
            return false;
        }
        timer(connfd, client_address);
    }
    else
    {
        while (1)
        {
            int connfd = accept(m_listenfd, (struct sockaddr *)&client_address, &client_addrlength);
            if (connfd < 0)
            {
                LOG_ERROR("%s:errno is:%d", "accept error", errno);
                break;
            }
            if (http_conn::m_user_count >= MAX_FD)
            {
                utils.show_error(connfd, "Internal server busy");
                LOG_ERROR("%s", "Internal server busy");
                break;
            }
            timer(connfd, client_address);
        }
        return false;
    }
    return true;
}
  • 处理客户端数据函数WebServer::dealclinetdata：处理新客户端连接。
    • 接受新的客户端连接。
    • 如果触发模式为LT，则一次接受一个连接；如果为ET，则循环接受所有连接。
    • 如果连接数达到最大值，则显示错误信息。

信号处理函数

bool WebServer::dealwithsignal(bool &timeout, bool &stop_server)
{
    int ret = 0;
    int sig;
    char signals[1024];
    ret = recv(m_pipefd[0], signals, sizeof(signals), 0);
    if (ret == -1)
    {
        return false;
    }
    else if (ret == 0)
    {
        return false;
    }
    else
    {
        for (int i = 0; i < ret; ++i)
        {
            switch (signals[i])
            {
            case SIGALRM:
            {
                timeout = true;
                break;
            }
            case SIGTERM:
            {
                stop_server = true;
                break;
            }
            }
        }
    }
    return true;
}
  • 信号处理函数WebServer::dealwithsignal：处理信号。
    • 接收信号并根据信号类型设置标志位。
    • 处理SIGALRM信号，设置timeout标志位。
    • 处理SIGTERM信号，设置stop_server标志位。

处理读事件

void WebServer::dealwithread(int sockfd)
{
    util_timer *timer = users_timer[sockfd].timer;

    // reactor
    if (1 == m_actormodel)
    {
        if (timer)
        {
            adjust_timer(timer);
        }

        m_pool->append(users + sockfd, 0);

        while (true)
        {
            if (1 == users[sockfd].improv)
            {
                if (1 == users[sockfd].timer_flag)
                {
                    deal_timer(timer, sockfd);
                    users[sockfd].timer_flag = 0;
                }
                users[sockfd].improv = 0;
                break;
            }
        }
    }
    else
    {
        if (users[sockfd].read_once())
        {
            LOG_INFO("deal with the client(%s)", inet_ntoa(users[sockfd].get_address()->sin_addr));

            // 若监测到读事件，将该事件放入请求队列
            m_pool->append_p(users + sockfd);

            if (timer)
            {
                adjust_timer(timer);
            }
        }
        else
        {
            deal_timer(timer, sockfd);
        }
    }
}
  • 处理读事件函数WebServer::dealwithread：处理客户端的读事件。
    • 如果是Reactor模型，则调整定时器并将事件加入线程池处理。
    • 如果是Proactor模型，则直接读取数据，并将事件加入线程池处理。

处理写事件

void WebServer::dealwithwrite(int sockfd)
{
    util_timer *timer = users_timer[sockfd].timer;
    // reactor
    if (1 == m_actormodel)
    {
        if (timer)
        {
            adjust_timer(timer);
        }

        m_pool->append(users + sockfd, 1);

        while (true)
        {
            if (1 == users[sockfd].improv)
            {
                if (1 == users[sockfd].timer_flag)
                {
                    deal_timer(timer, sockfd);
                    users[sockfd].timer_flag = 0;
                }
                users[sockfd].improv = 0;
                break;
            }
        }
    }
    else
    {
        if (users[sockfd].write())
        {
            LOG_INFO("send data to the client(%s)", inet_ntoa(users[sockfd].get_address()->sin_addr));

            if (timer)
            {
                adjust_timer(timer);
            }
        }
        else
        {
            deal_timer(timer, sockfd);
        }
    }
}
  • 处理写事件函数WebServer::dealwithwrite：处理客户端的写事件。
    • 如果是Reactor模型，则调整定时器并将事件加入线程池处理。
    • 如果是Proactor模型，则直接写入数据，并将事件加入线程池处理。

主函数运行

void WebServer::eventLoop()
{
    bool timeout = false;
    bool stop_server = false;

    while (!stop_server)
    {
        int number = epoll_wait(m_epollfd, events, MAX_EVENT_NUMBER, -1);
        if (number < 0 && errno != EINTR)
        {
            LOG_ERROR("%s", "epoll failure");
            break;
        }

        for (int i = 0; i < number; i++)
        {
            int sockfd = events[i].data.fd;

            // 处理新到的客户连接
            if (sockfd == m_listenfd)
            {
                bool flag = dealclinetdata();
                if (false == flag)
                    continue;
            }
            // 处理信号
            else if ((sockfd == m_pipefd[0]) && (events[i].events & EPOLLIN))
            {
                bool flag = dealwithsignal(timeout, stop_server);
                if (false == flag)
                    continue;
            }
            // 处理客户连接上接收到的数据
            else if (events[i].events & EPOLLIN)
            {
                dealwithread(sockfd);
            }
            else if (events[i].events & EPOLLOUT)
            {
                dealwithwrite(sockfd);
            }
        }
        if (timeout)
        {
            utils.timer_handler();
            LOG_INFO("%s", "timer tick");
            timeout = false;
        }
    }
}
  • 主循环函数WebServer::eventLoop：服务器主事件循环。
    • 进入循环，通过epoll_wait等待事件发生。
    • 处理各种事件：
      • 新的客户端连接。
      • 信号事件。
      • 客户端读事件。
      • 客户端写事件。
    • 如果定时器超时，则处理定时器事件。

总结

这个webserver.cpp文件的主要作用是实现一个Web服务器的核心逻辑。具体来说，它负责：

  1. 事件管理和处理：通过epoll管理所有的网络事件，包括客户端连接、读写操作、以及异常和超时事件。

  2. 连接处理：实现新客户端连接的接收和管理，包括创建连接对象，并将其注册到epoll中进行监听。

  3. 读写操作：根据服务器的模式（Reactor 或 Proactor），处理客户端的读写请求。在Reactor模式下，主要通过线程池异步处理请求；在Proactor模式下，则在读写完成后直接处理业务逻辑。

  4. 定时器管理：使用定时器对客户端连接进行超时控制，通过调整和删除定时器来管理连接的生命周期，确保资源及时释放。

  5. 信号处理：处理系统信号（如终止信号、定时信号），用于控制服务器的停止和定时任务的执行。

总体来说，这个cpp文件实现了Web服务器运行的主循环和核心功能，确保服务器在高并发情况下高效、稳定地处理网络请求。

1.1 为什么网络编程需要套接字(Socket)

套接字（Socket）是计算机网络编程中的基础概念和工具，它的作用和必要性可以从以下几个方面理解：

1.1.1 通信抽象
  • 统一的接口：套接字提供了一个统一的接口，使程序员能够通过相同的方式进行网络通信，无论底层使用的是哪种协议（例如TCP、UDP）。这就像是一种抽象层，屏蔽了底层实现的复杂性。
  • 跨平台：套接字在不同操作系统上表现一致，提供了跨平台的通信能力，使开发者能够编写具有良好可移植性的网络应用程序。
1.1.2. 网络通信的基础
  • 网络通信的端点：在网络通信中，套接字扮演的是“通信端点”的角色。任何网络通信都是在两个端点（一个客户端和一个服务器端）之间进行的。套接字就是这个端点，它代表了一个IP地址和端口的组合。
  • 支持多种协议：套接字不仅仅支持TCP（面向连接的通信），还支持UDP（无连接的通信）等协议，能够满足不同类型的网络通信需求。
1.1.3. 数据传输的机制
  • 数据收发：套接字提供了发送（send）和接收（recv）数据的机制，通过这些函数，程序可以在网络中传输数据。这是实现网络功能的核心部分。
  • 流控制和连接管理：对于TCP套接字，套接字还提供了连接的管理（例如监听、接受连接）以及流控制等功能，使得数据能够可靠地传输。
1.1.4. 操作系统的支持
  • 操作系统接口：在操作系统中，套接字是与操作系统网络栈交互的接口。通过套接字，应用程序可以与操作系统内核进行通信，进而通过网络适配器与外部世界通信。
  • 资源管理：套接字作为一种系统资源，由操作系统管理，能够确保资源的合理分配和回收。这避免了网络资源的浪费和冲突。
1.1.5 总结

套接字在网络编程中是不可或缺的，因为它提供了网络通信的基础设施和统一的接口，使得复杂的网络操作变得可管理和可操作。通过套接字，开发者能够构建出跨平台、可扩展的网络应用程序。没有套接字，程序将无法直接与网络进行通信，网络编程也就无从谈起。

1.2 epoll是什么

epoll 是 Linux 内核提供的一种高效的 I/O 多路复用机制，用于监控多个文件描述符，以便在这些文件描述符上发生事件时通知应用程序进行相应处理。相比于传统的 select 和 poll，epoll 在处理大量文件描述符时表现更为高效，特别是在高并发场景下。

epoll 的主要特点：

  1. 高效性：

    • epoll 使用的是基于事件通知的机制，只有发生事件的文件描述符才会被返回，因此在大量文件描述符中只有少数有事件发生时，epoll 的性能优势显著。
    • epoll 在内核空间维护了一个事件表，避免了每次调用都要传递整个文件描述符集合，减少了内核与用户态之间的数据拷贝。

  2. 水平触发和边缘触发：

    • 水平触发（Level-triggered, LT）：默认模式，只要某个文件描述符上有事件发生，epoll_wait 就会返回该文件描述符，直到事件被处理。
    • 边缘触发（Edge-triggered, ET）：更为高效，但要求更细致的处理。当文件描述符状态从无事件变为有事件时才会通知，适用于减少系统调用频率，提高程序效率。

  3. 对文件描述符数量的支持：

    • epoll 能够支持大规模的文件描述符集合，理论上上限是系统的最大文件描述符数，而 select 和 poll 通常有较小的文件描述符限制。

epoll 的工作流程：

  1. 创建 epoll 实例：

    • 使用 epoll_create 或 epoll_create1 函数创建一个 epoll 实例，返回一个 epoll 文件描述符。

  2. 注册事件：

    • 使用 epoll_ctl 函数将需要监控的文件描述符添加到 epoll 实例中，并指定要监听的事件类型（如可读、可写、异常等）。

  3. 等待事件发生：

    • 使用 epoll_wait 函数等待事件的发生，当某个或多个文件描述符上的事件满足条件时，epoll_wait 会返回这些文件描述符。

  4. 处理事件：

    • 处理返回的事件，执行相应的读写操作，或根据应用程序逻辑进行其他处理。

使用场景：

epoll 特别适合用于高并发的网络服务器中，比如 Web 服务器、聊天服务器等。这些应用通常需要处理大量并发连接，并且每个连接可能频繁进行 I/O 操作。epoll 能够有效地提升这些应用的性能。

总之，epoll 是在 Linux 环境下构建高性能网络服务器的重要工具，它通过高效的事件通知机制帮助开发者更好地管理大量并发 I/O 操作。

复现过程中遇到的问题

1. 解决“E: 无法定位软件包 mysql-workbench-community”问题

用这个指令：
sudo apt install mysql-workbench-community
会报错“E: 无法定位软件包 mysql-workbench-community”问题
解决方法为改用这个指令：
apt-get install mysql-workbench
成功：
在这里插入图片描述
分析下可能的原因：使用 mysql-workbench 是因为它在 Ubuntu 默认的软件源中，而 mysql-workbench-community 需要从 MySQL 官方仓库中获取。如果没有配置 MySQL 官方仓库，系统会找不到 mysql-workbench-community 包，导致错误信息的出现。

2. 解决"正在设定ttf-mscorefonts-installer"

在这里插入图片描述
这里如果直接关了会导致后续包安装时会出现非法占用
解决方案：
按tab将光标移动到确定键上 然后回车就完事了

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