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%# -*- coding: utf-8-unix -*-
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\section{TCP通信与Web服务器}
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\label{sec:c:socket:s:web}
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\subsection{实验目的}
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\label{subsec:c:socket:s:web_object}
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熟悉基于Python进行TCP套接字编程的基础知识，理解HTTP报文格式，
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能基于Python编写一个可以一次响应一个HTTP请求，
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并返回静态文件的简单Web服务器。
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\subsection{实验内容}
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\label{subsec:c:socket:s:web_content}
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利用Python开发一个可以一次处理一个HTTP请求的Web服务器，
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该服务器可以接受并解析HTTP请求，
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然后从服务器的文件系统中读取被HTTP请求的文件，
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并根据该文件是否存在而向客户端发送正确的响应消息，
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\subsection{实验原理、方法和手段}
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\label{subsec:c:socket:s:web_principle}
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基于TCP的面向客户端/服务器在Python实现中的的工作流程是：
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\begin{enumerate}
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\item 首先在服务器端通过调用\texttt{socket()}创建套接字来启动一个服务器；
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\item 服务器调用\texttt{bind()}绑定指定服务器的套接字地址（IP地址+端口号）；
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\item 服务器调用\texttt{listen()}做好侦听准备，同时规定好请求队列的长度；
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\item 服务器进入阻塞状态，等待客户的连接请求；
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\item 服务器通过\texttt{accept()}来接收连接请求，并获得客户的socket地址。
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\item 在客户端通过调用\texttt{socket()}创建套接字；
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\item 客户端调用\texttt{connect()}和服务器建立连接。
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\item 连接建立成功后，客户端和服务器之间通过调用\texttt{read()}
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和\texttt{write()}来接收和发送数据。
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\item 数据传输结束后，服务器和客户各自通过调用\texttt{close()}关闭套接字。
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\end{enumerate}
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注意在不同的计算机语言实现中，上述调用的名字和具体工作流程可能略有不同。
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基于Python的TCP客户端/服务器具体工作流程如图\ref{fig:c:socket_tcp-flow}所示。
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\begin{figure}[!ht]
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\centering
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\includegraphics[width=6cm]{tcp-flow}
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\caption{面向连接客户/服务器流程图}
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\label{fig:c:socket_tcp-flow}
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\end{figure}
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\subsection{实验条件}
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\label{subsec:c:socket:s:web_requirement}
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\begin{itemize}
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\item 装有python环境的电脑两台；
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\item 局域网环境；
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\item 部分代码（\nameref{subsec:c:socket:s:web_additional}中已给出）；
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\item Python语言参考手册 -- TCP部分\footnote{可以参考Python3官方手册的
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\href{https://docs.python.org/zh-cn/3/library/socket.html}
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{套接字}部分，也可以查询其他相关手册}；
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\item HTTP协议参考手册\footnote{可以参考Mozilla提供的
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\href{https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/HTTP/OverView}
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{HTTP概述}，或者HTTP 1.1版的\href{https://tools.ietf.org/html/rfc2616}{RFC文档}，
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也可以查询其他相关手册}。
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\end{itemize}
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\subsection{实验步骤}
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\label{subsec:c:socket:s:web_procedure}
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本实验\nameref{subsec:c:socket:s:web_additional}一节中展示了一份不完整的Web服务器框架代码，
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学生需要逐步填充代码中不完善的部分，并完成一个具有以下功能的简单Web服务器：
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\begin{enumerate}
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\item 服务器收到请求时能创建一个TCP套接字；
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\item 可以通过这个TCP套接字接收HTTP请求；
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\item 解析HTTP请求并在操作系统中确定客户端所请求的特定文件；
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\item 从服务器的文件系统读取客户端请求的文件；
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\item 当被请求文件存在时，创建一个由被请求的文件组成的“请求成功”HTTP响应报文；
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\item 当被请求文件不存在时，创建“请求目标不存在”HTTP响应报文；
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\item 通过TCP连接将响应报文发回客户端；
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\end{enumerate}
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在开发过程中，可以使用浏览器访问运行在同一台电脑上的服务器程序进行测试。
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在完成代码调试后，可以尝试在不同主机上的使用浏览器发送请求测试服务器，分析并记录结果。
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\subsection{进阶任务}
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\label{subsec:c:socket:s:web_rethink}
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本实验中的Web服务器一次只能处理一个HTTP请求，请自行查阅线程知识，
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修改代码，实现一个能够同时处理多个请求的多线程服务器。
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\subsection{注意事项及有关说明}
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\label{subsec:c:socket:s:web_notice}
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客户端发来的HTTP请求中，URL都是相对根“/”的相对路径，
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因此需要将服务器文件系统中的某个地址映射为这个“根”。
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为了简化工作，建议将服务器程序存放的路径作为这个根，
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这样运行服务器程序时，程序会自动从当前运行的路径开始查询文件。
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例如：
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假设将“HelloWorld.html”这个html文件放置在服务器程序文件存放目录中，
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服务器运行主机的IP地址为“\texttt{123.234.12.34}”，
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6789为服务器监听的端口号。
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则从URL：\url{http://123.234.12.34:6789/HelloWorld.html}
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出发可以获取到“HelloWorld.html”这个文件。
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\subsection{考核方法}
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\label{subsec:c:socket:s:web_criterion}
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本实验需提交一份实验报告和编写的代码文件。报告内容应当包括以下三个部分：
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\begin{itemize}
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\item 代码的说明；
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\item 不同环境下代码运行的结果；
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\item 对结果的分析和总结体会。
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\end{itemize}
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本实验评分标准：
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\begin{enumerate}
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\item 规定时间内完成实验报告20分；
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\item 代码正确运行，20分（不能正常运行0分）；
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\item 实验报告格式整洁，20分；
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\item 实验报告中详细记录了实验过程，在实验中所遇到的问题以及解决方法，20分；
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\item 实验报告中仔细分析了实验结果，并能提出自己的改进措施，20分。
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\end{enumerate}
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\subsection{附件}
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\label{subsec:c:socket:s:web_additional}
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基于Python的Web服务器框架程序：
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\begin{code}[python]
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#import socket module
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from socket import *
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# 准备服务器端socket（按需补充）
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serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
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while True:
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# 建立连接
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print 'Ready to serve...'
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connectionSocket, addr = # 按需补充
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try:
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message = # 按需补充
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filename = message.split()[1]
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f = open(filename[1:])
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# 通过socket发送HTTP头部
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outputdata = #将请求文件的内容发送到客户端（按需补充）
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for i in range(0, len(outputdata)):
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connectionSocket.send(outputdata[i])
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connectionSocket.close()
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except IOError:
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# 发送未找到文件的响应消息（按需补充代码）
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# 关闭客户端socket（按需补充代码）
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serverSocket.close()
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\end{code}
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