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嵌入式HTTP服务器实现技术 (2009/10/28 10:06)

一、超文本传输协议
HTTP协议是一个面向事务、无状态的应用层协议。在传输层，HTTP协议使用请求（request）/响应（response）模型。一次简单的HTTP事务包括以下过程。首先，客户（浏览器）发起和建立一条到服务器的TCP连接。然后，客户发送一个HTTP请求到服务器，请求包含方法、URI、协议版本和一个类MIME报文。服务器解析HTTP请求后，给出相应的HTTP响应，响应包括协议版本、状态码、解释状态码的简短短语和一个类MIME报文。最后，释放TCP连接。Linux操作系统为用户提供了称为BSD SOCKET的网络编程接口。利用其中的TCP套接口函数，可以非常方便地实现HTTP协议。
HTTP1.0为每一次HTTP请求/响应建立一条新的TCP连接，由于建立一条TCP连接要经历3次握手，因此效率不高。HTTP1.1提出了可持续性连接的概念。HTTP1.1只建立一次TCP连接，而重复地使用它传送一条素的请求/响应消息，减少了额外开销。在嵌入式HTTP服务器中，一般使用HTTP1.1协议。HTTP1.1协议的细节请参考RFC2616。
二、通用网关接口CGI
参数设置和远程控制功能都是通过CGI（通用网关接口）程序和表单实现的。CGI使用HTML表单向Web服务器发送信息。CGI的工作流程是首先由浏览器将用户输入的数据传递给Web服务器，Web服务器根据接收到的数据设置环境变量并启动CGI脚本，CGI脚本从环境变量中读取所需要的数据并进行相应处理，最后使用STDOUT输出HTML形式的结果文件，经Web服务器送回浏览器，最终显示给用户。传统的CGI程序与服务器代码分开，是一个符号CGI标准的可执行文件，并储存在CF卡等存储设备上，一般用脚本语言编写。考虑到嵌入式HTTP服务器要求速度快，功能和代码都尽可能精简的特点，可以把原先由可执行文件完成的功能用C函数实现，放在服务器代码内部，并直接从HTTP请求报文接收数据。
三、自定义标记
要在网页中显示工控系统中大量的实时数据，常规方法是将HTML代码直接集成到程序代码中，或者反之将C程序代码集成到HTML标记语言中。这两种方法均要求开发人员对HTML标记语言的语法细节非常熟悉。网页或程序结构的单方面调整都将导致整个系统全盘修改，系统不具备灵活性与可扩展性。HTML的精髓在于该语言的“标记”性，各种不同标记的具体含义是由服务器和浏览器进行解析。因此，当现有标记不能满足新的应用需求时，可以自行定义新的标记，只需服务器将自定义标记解析为标准标记，然后传送给浏览器即可。在本项目中，主要的实时数据转速、重量、一氧化碳含量等状态信息，可以定义相应的标记。服务器中解析相应标记的函数同样用C语言来实现。运行时，当客户端发出查看某实时网页的请求后，嵌入式HTTP服务器将相应的网页文件从电子盘加载到内存进行逐项解析。当辨识出自定义标记后，就调用相应的函数。该函数返回该标记对应的当前值，并置换HTML文件流中的自定义标记。最后，嵌入式HTTP服务器将解析结果发送给客户端。
四、多线程
最初的进程定义包含程序、资源及其执行三部分，其中程序通常指代码，资源通常包括内存资源、I/O资源、信号处理等，而程序的执行指执行上下文，这一部分后来发展为线程。在线程的概念出现以前，为了减小进程切换的开销，操作系统设计者逐渐修改正进程的概念，允许将进程所占有的资源从其主体剥离出来，允许某些进程共离享一部分资源，例如文件、信号、数据内存、甚至代码，这就是轻质进程的概念。
Linux内核的2.0.x版本就已经实现了轻质进程。应用程序可以通过一个统一的clone()系统调用接口，用不同的参数指定创建轻质进程还是普通进程。在内核中，clone()调用经过参数传递和解释后会调用do_fork()，这个核内函数同时也是fork、vfork()系统调用的最终实现。在do_fork()中，不同的flone_flags将导致不同的行为。在LinuxThreads中，使用（CLONE_VM|CLONE_FS|CLONE_FILES|CLONE_SIGHAND）参数调用clone()创建“线程”，表示共享内存、共享文件系统、共享文件描述符表，以及共享信号处理方式。Linux操作系统下，已经实现基于轻质进程的符号POSIX1003.C标准的线程库LinuxThreads。