淺談HTTP服務

Socket套接字

在建立通信連接的每一端，進程間的傳輸要有兩個標誌：

• IP地址和端口號，合稱爲套接字地址(socket address)
• 客戶機套接字地址定義了一個唯一的客戶進程
• 服務器套接字地址定義了一個唯一的服務器進程
  
  Socket：套接字，進程間通信(IPC)的一種實現，允許位於不同主機（或同一主機）上不同進程之間進行通信和數據交換
• Socket API：封裝了內核中所提供的socket通信相關的系統調用
• Socket Domain：根據其所使用的地址
  • AF_INET：Address Family，IPv4
  • AF_INET6：IPv6
  • AF_UNIX：同一主機上不同進程之間通信時使用
• Socket Type：根據使用的傳輸層協議
  • SOCK_STREAM：流，TCP套接字，可靠地傳遞、面向連接
  • SOCK_DGRAM：數據報，UDP套接字，不可靠地傳遞、無連接
  • SOCK_RAW：裸套接字，無須TCP或UDP，應用直接通過IP包通信
• Socket位於傳輸層與應用層之間，連接了應用層細節與通信細節，負責用戶進程與系統內核的交互

HTTP超文本傳輸協議

瀏覽器如何訪問網站

HTTP協議通信過程

• HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本傳輸協議）是一種用於分佈式、協作式和超媒體信息系統的應用層協議。
• HTTP是萬維網的數據通信的基礎設計HTTP最初的目的是爲了提供一種遠距離共享知識的方式，藉助多文檔進行關聯實現超文本，連成相互參閱的WWW
  

HTTP協議分層

HTTP相關術語

• http(hyper text transfer protocol)：超文本傳輸協議，TCP連接端口80

• html(hyper text markup language)：超文本標記語言，一種描述網頁結構的編程語言

  • http與html的關係：http協議傳輸的文本文件依據使用的編程語言，可以分爲html, css, javascript文件等

• MIME(Multipurpose Internet Mail Extensions)：多用途互聯網郵件拓展，支持在互聯網上傳輸各種格式的文件

  • 在文件/etc/mime.types中詳細列舉了支持的文件類型
  • 格式：major/minor ，一級類型/二級類型，如：
    text/html, image/jpeg, video/mp4

HTTP協議發展版本差異

• http/0.9，1991年發佈，只有GET命令GET /index.html ,服務器只能迴應HTML格式字符
  串，不能迴應別的格式

• http/1.0，1996年5月發佈，增加了POST, HEAD命令

  • 支持cache, MIME, method
  • 每個TCP連接只能發送一個請求
  • 頭信息是ASCII 碼，後面數據可爲任何格式
  • Content-Type字段說明數據格式，包含在MIME中

• http/1.1（目前最普遍），1997年1月發佈，新增命令PUT, PATCH, OPTIONS, DELETE

  • 持久連接(persistent connection)：TCP連接默認不關閉，可以被多個請求複用
  • 管道機制(pipelining)：同一個TCP連接裏可以同時發送多個請求
  • 隊頭堵塞(Head-of-line blocking)：服務器順序處理請求，前方請求迴應慢，造成很多請求排隊
  • http協議不帶狀態，連接斷開後服務器將失去客戶端信息，每次請求需發送相同信息，浪費帶寬
    

• HTTP1.0和1.1的問題

  • HTTP1.x在傳輸數據時，每次都需要重新建立連接，無疑增加了大量的延遲時間，特別是在移動端更爲突出
  • HTTP1.x在傳輸數據時，所有傳輸的內容都是明文，客戶端和服務器端都無法驗證對方的身份，無法保證數據的安全性
  • HTTP1.x在使用時，header裏攜帶的內容過大，增加了傳輸的成本，並且每次請求header基本不怎麼變化，尤其在移動端增加用戶流量
  • 雖然HTTP1.x支持了keep-alive，來彌補多次創建連接產生的延遲，但是keep-alive使用多了同樣會給服務端帶來大量的性能壓力，並且對於單個文件被不斷請求的服務(例如圖片存放網站)，keep-alive可能會極大的影響性能，因爲它在文件被請求之後還保持了不必要的連接很長時間

• HTTP2.0協議2015年，HTTP2.0是谷歌SPDY的升級版

  • 頭信息和數據體都是二進制，稱爲頭信息幀和數據幀
  • 複用TCP連接，在一個連接裏，客戶端和瀏覽器都可以同時發送多個請求或迴應，且不用按順序一一對應，避免了“隊頭堵塞“,此雙向的實時通信稱爲多工（Multiplexing）
  • 引入頭信息壓縮機制（header compression）,頭信息使用gzip或compress壓縮後再發送；客戶端和服務器同時維護一張頭信息表，所有字段都會存入這個表，生成一個索引號，不發送同樣字段，只發送索引號，提高速度
  • HTTP/2 允許服務器未經請求，主動向客戶端發送資源，即服務器推送（server push）

HTTP工作機制

• 事務：包含http請求和http響應

• web資源：多個資源組成一個網頁

  • 靜態文件：無需服務端做出額外處理
  • 文件後綴：.jpg, .html, .txt, .js, .css, .mp3, .avi
  • 動態文件：服務端執行程序，返回執行的結果
  • 文件後綴：.asp, .php, .jsp

• 提高HTTP連接性能的方法

  • 並行連接：通過多條TCP連接發起併發的HTTP請求
  • 持久連接：重用TCP連接，以消除連接和關閉的時延，以事務個數和時間來決定是否關閉連接
  • 管道化連接：通過共享TCP連接發起併發的HTTP請求
  • 複用的連接：交替傳送請求和響應報文（實驗階段）

• 傳統HTTP連接：串行連接，每個事務都需要建立和斷開連接一次
  

• 並行連接：同時進行多個事務，事務之間並行運行
  

• 持久連接： 一個連接過程依次完成多個事務，減少了建立和斷開連接的時間
  

• 管道連接： 一個連接過程同時進行多個事務，進一步減少了時間開銷
  

URI和URL

• URI(Uniform Resource Identifier)：統一資源標識，分爲URN和URL
• URN(Uniform Resource Naming)：統一資源命名，用於給資源定義一個唯一的命名
• URL(Uniform Resource Locator)：統一資源定位，用於描述某服務器某特定資源的位置
• URL的組成：
  

<scheme>://<user>:<password>@<host>:<port>/<path>;<params>?<query>#<frag>

• scheme：方案，指定連接服務器使用的協議
• user：用戶名
• password：密碼
• host：服務器的主機名或IP地址
• port：端口號
• path：服務器資源本地名
• params：參數，參數爲名/值對，多個參數用";"分隔
• query：查詢，用"?“分隔，多個查詢用”&"分隔
• frag：片段，在客戶端使用，用"#"分隔

HTTP 請求訪問的完整過程

1️⃣建立連接：
接收或拒絕連接請求
2️⃣接受請求：
接收客戶端請求報文中對某資源的一次請求的過程

Web訪問響應模型(Web I/O)

• 單進程I/O模型：啓動一個進程處理用戶請求，而且一次只處理一個，多個請求被串行響應
• 多進程I/O模型：並行啓動多個進程,每個進程響應一個連接請求
• 複用I/O結構：啓動一個進程，同時響應N個連接請求
  • 實現方法：多線程模型和事件驅動
  • 多線程模型：一個進程生成N個線程，每線程響應一個連接請求
  • 事件驅動：一個進程處理N個請求
• 複用的多進程I/O模型：啓動M個進程，每個進程響應N個連接請求，同時接收M*N個請求

3️⃣處理請求：
服務器對請求報文進行解析，並獲取請求的資源及請求方法等相關信息，根據方法，資
源，首部和可選的主體部分對請求進行處理

• 常用請求Method: GET、POST、HEAD、PUT、DELETE、TRACE、OPTIONS

4️⃣訪問資源：
服務器獲取請求報文中請求的資源web服務器，即存放了web資源的服務器，負責向請求者提供對方請求的靜態資源，或動態運行後生成的資源

• web服務器資源路徑映射方式：
  • docroot
  • alias
  • 虛擬主機docroot
  • 用戶家目錄docroot

5️⃣構建響應報文：
服務器執行請求方法中描述的動作，並返回響應報文。響應報文中包含有響應狀態碼、響應首部，如果生成了響應主體的話，還包括響應主體。

• 響應報文通常包括：

  • Content-Type：響應首部元素，描述響應主體的MIME類型
  • Content-Length：響應首部元素，描述響應主體的長度

• 識別MIME類型的策略：

  • 魔法分類：服務器掃描資源的內容，並將其與一個已知模式表(被稱爲魔法文件)進行匹配
  • 顯示分類：強制特定文件或目錄內容擁有某個MIME類型
  • 類型協商： 有些Web服務器經過配置，可以以多種文檔格式來存儲資源。在這種情況下，可以配置Web服務器，使其可以通過與用戶的協商來決定使用哪種格式(及相關的MIME類型)“最好”
  • 默認先根據文件的後綴名判斷MIME類型，如果沒有後綴名再通過魔法分類識別

6️⃣發送響應報文：

• 對非持久連接而言，服務器應該在發送了整條報文之後，關閉自己這一端的連接。
• 對持久連接來說，連接可能仍保持打開狀態。

7️⃣記錄日誌
最後，當事務結束時，Web服務器會在日誌文件中添加一個條目，來描述已執行的事務

8️⃣http服務器應用

• http服務器程序
  httpd apache
  nginx
  lighttpd
• 應用程序服務器
  IIS .asp
  tomcat .jsp
  jetty 開源的servlet容器，基於Java的web容器

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