Linux平台上部署Mongoose服务器的方法介绍

前言

Mongoose是一个开源web服务器程序，仅有mongoose.c和 mongoose.h两个文件，虽然小巧，但具备基本的web服务器的功能，同时Mongoose是用C编写的，因此非常适合应用到嵌入式设备中。
目前Mongoose可以支持嵌入到C/C++、Python、C#。本文主要介绍下如何在Linux环境下将Mongoose代码嵌入到C应用程序中，并完成服务器的部署工作。
为了更快地熟悉web服务器的特性，在介绍部署服务器之前，有必要先介绍下服务器和客户端之间网络通讯的基础传输技术。

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TCP连接过程

浏览器与Web服务器之间的请求和响应是使用HTTP协议进行的，但HTTP协议只是应用层使用的协议，传输层进行的数据通信则是通过TCP协议来保证的。
TCP协议是面向连接的协议，总体包括建立连接、数据传输和关闭连接这三个过程，建立连接采用“三次握手”方式来完成，连接成功后即可发送数据，在关闭连接之前，为确保数据正确传递完毕，需要采用“四次挥手”方式关闭连接。下面来分析下“三次握手”和“四次挥手”的过程。

1、客户端（192.20.1.12）“三次握手”连接服务器（192.20.1.122）

• 第一次握手：客户端发送连接请求报文段至服务器

SYN(flag)＝1，表示客户端要求建立连接
Seq=x，随机产生序号

• 第二次握手：服务器收到报文后确认连接请求，向客户端返回应答报文

SYN(flag)＝1
ACK(flag)=1，表示服务器确认请求
ACK(num) =x+1（客户端Seq+1）
Seq=y，随机产生序号

• 第三次握手：客户端收到响应后检查ACK(num)和ACK(flag)值，并向服务器给出确认

ACK(flag)=1，检查正确，客户端发送确认
ACK(num) =y+1(服务器Seq+1)，客户端发送确认号
Seq=x+1

• 完成三次握手，客户端与服务器开始传送数据

2、客户端（192.20.1.12）与服务器（192.20.1.122）“四次挥手”断开连接。客户端与服务器均可主动发起断开TCP连接请求，此处以客户端发起请求为例。

• 第一次挥手：客户端发送释放请求报文段至服务器，并不在发送数据

FIN(flag)＝1，客户端要求终止连接
ACK(num)=z，上包数据Seq值
Seq=x，上包数据ACK(num)值

• 第二次挥手：服务器收到释放连接请求后向客户端返回应答报文。此时连接处于半关闭状态，即客户端不再向服务器发送数据，但如果服务器仍有数据要发送给客户端，仍可以发送，客户端只要正确收到数据，仍应向服务器发送确认

ACK(flag)=1，表示服务器确认请求
ACK(num) =x+1（客户端Seq+1）
Seq=y，随机产生序号

• 第三次挥手：若服务器不再向客户端发送数据，则服务器发送连接释放应答至客户端，关闭反方向连接

FIN(flag)＝1，服务器要求终止连接
ACK(flag)=1，服务器发送确认
ACK(num) =x+1，与第二次挥手一致
Seq=y，与第二次挥手一致

• 第四次挥手：客户端收到响应后向服务器给出确认，释放从服务器至客户端方向的连接。

ACK(flag)=1，检查正确，客户端发送确认
ACK(num) =y+1(服务器Seq+1)，客户端发送确认号
Seq=x+1

• 完成四次挥手，客户端与服务器全部连接完全释放

也许有人会有疑惑，为什么建立连接协议是“三次握手”，而关闭连接却是“四次挥手”呢？由于TCP连接是全双工的，当关闭连接时，服务器收到客户端的FIN报文通知，仅仅表示客户端没有数据发送给服务器，但未必服务器所有的数据都发送给了客户端，可能还需要发送一些数据后再关闭连接。所以ACK报文和FIN报文分开发送形成了“四次挥手”。

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Socket编程

在网络编程中不可避免地会使用到Socket编程，Socket将TCP/IP协议封装成API接口，
使得程序员更方便地使用TCP/IP协议栈。
Socket是以"打开—读/写—关闭"模式实现，以TCP协议通讯的Socket为例，交互流程大致如下，这里从服务器的角度对流程进行介绍：

• 创建socket()。socket()根据指定的协议族（IPv4/IPv6）、通信类型（TCP/UDP）在sockfs文件系统中分配一个使用socket描述字关联的资源，进程可以像访问一个已经打开的文件一样访问socket资源。
• 绑定bind()。bind()在这个socket上绑定一个指定的端口号和IP地址。网络通信归根结底可视为不同计算机上的进程间通讯，IP地址只能确定进程所在的计算机，而结合端口号可以唯一确定整个网络中的一个网络进程。当IP地址为INADDR_ANY(0)时，表示本地计算机的默认IP地址。
• 监听listen()。服务器socket端口一直处于等待状态，监听网络中所有客户端对端口号请求，随时准备接收客户端发来的连接
• 接受accept()。服务器socket监听到客户端请求之后，将请求放在等待队列中，accept()从等待队列中提取连接请求，创建一个新的socket进行操作，而原来所监听的socket不受影响。
• 读/写write()/read()。发送内容即向socket写入内容，读取内容即从socket获取内容
• 关闭close()。close()关闭socket。

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MakeFile

C程序的编译过程中，依次要进行预处理、编译、汇编、链接四个阶段，在Linux平台shell输入gcc命令完成上述步骤，但gcc在编译一个包含许多源文件的工程时，需要将其中的每个源文件都编译一遍，然后再全部连接起来，这样效率非常低，尤其当用户只是修改了其中某一个文件的时候，许多已经生成的目标文件是不会改变的，完全没有必要将每个文件都重新编译一遍。
为解决gcc编译的低效问题，Windows平台上的集成开发环境（IDE）提供了工程管理器，用户只需要点击一个“make”按钮就可以启动工程管理器对整个程序进行自动编译。
在Linux平台上，make工具和makefile提供了简单有效的工程管理方式。makefile决定编译工程的规则，通过make命令可以启动make工具根据makefile文件中的编译规对程序进行编译和链接，最终生成可执行文件。
Mongoose官网下载的源程序例程中提供了makefile文件，可以直接使用。

文件一：
PROG = simplest_web_server
MODULE_CFLAGS=-DMG_DISABLE_DAV_AUTH -DMG_ENABLE_FAKE_DAVLOCK
include ../examples.mk

文件二：
SUBDIRS = $(sort $(dir $(wildcard ./*/)))
SUBDIRS:=$(filter-out ./ ./CC3200/ ./ESP32_IDF/ ./ESP8266_RTOS/ ./mbed/ ./MSP432/ ./nRF51/ ./nRF52/ ./NXP_K64/ ./NXP_LPC4088/ ./PIC32/ ./STM32F4_CC3100/ ./TM4C129/ ./WinCE/, $(SUBDIRS))

ifeq ($(OS), Windows_NT)
  SUBDIRS:=$(filter-out ./netcat/ ./raspberry_pi_mjpeg_led/ ./captive_dns_server/, $(SUBDIRS))
endif

.PHONY: $(SUBDIRS)

all: $(SUBDIRS)

$(SUBDIRS):
    @$(MAKE) -C $@
clean:
    for d in $(SUBDIRS) ; do $(MAKE) -C $$d clean ; done

此处为了更好地说明makefile文件的功能，简单地编写了生成可执行文件的编译规则。将simplest_web_server.c mongoose.h编译成中间文件simplest_web_server.o，mongoose.c mongoose.h编译成中间文件mongoose.o，再将.o文件文件和所需的库文件链接成最终的可执行文件.all

all : simplest_web_server.o mongoose.o
    gcc -o all simplest_web_server.o mongoose.o 
simplest_web_server.o :  simplest_web_server.c mongoose.h
    gcc -c simplest_web_server.c    
mongoose.o :  mongoose.c mongoose.h
    gcc -c mongoose.c

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Linux平台运行

Mongoose开源程序（官网下载6.9版本）提供了多个功能的例程，这里选用simplest_web_server（基础web服务器程序）的main函数作为主应用程序。

创建Socket、绑定、监听等流程在以下函数中实现：

nc = mg_bind(&mgr, s_http_port, ev_handler);

循环mg_mgr_poll()遍历所有Socket，接受到新连接后进行数据收发，同时调用Socket相应事件处理函数。

for (;;) { 
mg_mgr_poll(&mgr, 1000); 
}

由用户实现的事件处理接口如下所示，可在该接口中实现服务器后台的业务逻辑功能：

static void ev_handler(struct mg_connection *nc, int ev, void *p) {
  if (ev == MG_EV_HTTP_REQUEST) {
    mg_serve_http(nc, (struct http_message *) p, s_http_server_opts);
  }
}

此处示例在mg_serve_http()中通过Linux文件系统查找index.html文件并返回给浏览器：

  if (opts.index_files == NULL) {
    opts.index_files = "index.html,index.htm,index.shtml,index.cgi,index.php";
  }

将mongoose.h、mongoose.c和simplest_web_server.c拷贝到自己的程序目录下，同时将index.html也放置到该目录下。

在Linux的Shell命令行输入make命令，make工具会自动寻找当前目录下的“makefile”文件进行解析，并生成最终的可执行文件.all，运行.all可启动web服务器程序。

在服务器本机的浏览器中输入http://localhost:1200/来访问web服务器，如下图所示：

通过另一台电脑的浏览器输入http://192.168.20.1:1200/，如下图所示：