欢迎您访问程序员文章站本站旨在为大家提供分享程序员计算机编程知识!
您现在的位置是: 首页  >  IT编程

使用Python实现简单的服务器功能

程序员文章站 2024-03-04 19:57:24
socket接口是实际上是操作系统提供的系统调用。socket的使用并不局限于Python语言,你可以用C或者Java来写出同样的socket服务器,而所有语言使用sock...

socket接口是实际上是操作系统提供的系统调用。socket的使用并不局限于Python语言,你可以用C或者Java来写出同样的socket服务器,而所有语言使用socket的方式都类似(Apache就是使用C实现的服务器)

Web框架就是提前写好了服务器。不能跨语言的使用框架。框架的好处在于帮你处理了一些细节,从而实现快速开发,但同时受到python本身性能的限制。我们已经看到,许多成功的网站都是利用动态语言(比如Python, Ruby或者PHP,比如twitter和facebook)快速开发,在网站成功之后,将代码转换成诸如C和JAVA这样一些效率比较高的语言,从而让服务器能更有效率的面对每天亿万次的请求。

TCP/IP和socket

socket是进程间通信的一种方法 ,它是基于网络传输协议的上层接口。socket有许多种类型,比如基于TCP协议或者UDP协议(两种网络传输协议)。其中又以TCP socket最为常用。TCP socket与双向管道(duplex PIPE)有些类似,一个进程向socket的一端写入或读取文本流,而另一个进程可以从socket的另一端读取或写入,比较特别是,这两个建立socket通信的进程可以分别属于两台不同的计算机,只需要通过网络链路和通信协议连同即可

TCP协议,就是规定了一些通信的守则,以便在网络环境下能够有效实现上述进程间通信过程。双向管道(duplex PIPE)存活于同一台电脑中,所以不必区分两个进程的所在计算机的地址,而socket必须包含有地址信息,以便实现网络通信。

一个socket包含四个地址信息: 两台计算机的IP地址和两个进程所使用的端口(port)。IP地址用于定位计算机,而port用于定位进程 (一台计算机上可以有多个进程分别使用不同的端口)。

TCP socket

我们可以让某台计算机作为服务器。服务器开放自己的端口,被动等待其他计算机连接我们这个port。当其他计算机作为客户,主动使用socket连接到服务器的时候,服务器就开始为客户提供服务。其实也就是二者建立了双向联通。

在Python中,我们使用标准库中的socket包来进行底层的socket编程。

首先是服务器端,我们使用bind()方法来赋予socket以固定的地址和端口,并使用listen()方法来被动的监听该端口。当有客户尝试用connect()方法连接的时候,服务器使用accept()接受连接,从而建立一个连接的socket:

server.py

import socket
# Address
HOST = '127.0.0.1'
PORT = 8000
# Configure socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind((HOST, PORT))
#socket.socket()创建一个socket对象,并说明socket使用的是IPv4(AF_INET,IP version 4)
#和TCP协议(SOCK_STREAM)。
# passively wait, 3: maximum number of connections in the queue
s.listen(3)
# accept and establish connection
conn, addr = s.accept()
# receive message
request = conn.recv(1024)
print ('request is: ',request)
print ('Connected by', addr)
# send message
reply = 'Yes'
""" 
好像3.* socket.send 传递的数据必须是bytes。不能是str。发送和接收数据时做下编码转换就可以了。修改如下:s.sendall(request.encode())
"""
conn.sendall(reply.encode())
# close connection
conn.close()

client.py

import socket
# Address
HOST = '127.0.0.1'
PORT = 8000
request = 'can you hear me?'
# configure socket
s    = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect((HOST, PORT))
""" 

好像3.* socket.send 传递的数据必须是bytes。不能是str。发送和接收数据时做下编码转换就可以了。修改如下:s.sendall(request.encode())

"""
# send message
s.sendall(request.encode())
# receive message
reply  = s.recv(1024)
print ('reply is: ',reply)
# close connection
s.close()

我们对socket的两端都可以调用recv()方法来接收信息,调用sendall()方法来发送信息。这样,我们就可以在分处于两台计算机的两个进程间进行通信了。当通信结束的时候,我们使用close()方法来关闭socket连接。

基于TCP socket的HTTP服务器

使用TCP socket来为两台远程计算机建立连接,就可以通信了。
然而socket传输*度太高,从而带来很多安全和兼容的问题。我们往往利用一些应用层的协议(比如HTTP协议)来规定socket使用规则,以及所传输信息的格式。

HTTP协议利用请求-回应(request-response)的方式来使用TCP socket。

客户端向服务器发一段文本作为request,服务器端在接收到request之后,向客户端发送一段文本作为response。

在完成了这样一次request-response交易之后,TCP socket被废弃。下次的request将建立新的socket。

request和response本质上说是两个文本,只是HTTP协议对这两个文本都有一定的格式要求。

Httpserver.py

import socket
# Address
HOST = ''
PORT = 8000
# Prepare HTTP response
text_content = '''HTTP/1.x 200 OK 
Content-Type: text/html
<head>
<title>WOW</title>
</head>
<html>
<p>Wow, Python Server</p>
<IMG src="test.jpg"/>
</html>
'''
# Read picture, put into HTTP format
f = open('test.jpg','rb')
pic_content = '''
HTTP/1.x 200 OK 
Content-Type: image/jpg
'''
pic_content = pic_content.bytes()+ f.read()
f.close()
# Configure socket
s  = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind((HOST, PORT))
# infinite loop, server forever
while True:
  # 3: maximum number of requests waiting
  s.listen(3)
  conn, addr = s.accept()
  request  = conn.recv(1024)
  method  = request.split(' ')[0]
  src      = request.split(' ')[1]
  # deal with GET method
  if method == 'GET':
    # ULR  
    if src == '/test.jpg':
      content = pic_content
    else: content = text_content
    print ('Connected by', addr)
    print ('Request is:', request)
    conn.sendall(content.bytes())
  # close connection
  conn.close()

解读

服务器会根据request向客户传输的两条信息text_content和pic_content中的一条,作为response文本。

整个response分为起始行(start line), 头信息(head)和主体(body)三部分。

起始行就是第一行:HTTP/1.x 200 OK 它实际上又由空格分为三个片段,HTTP/1.x表示所使用的HTTP版本,200表示状态(status code),200是HTTP协议规定的,表示服务器正常接收并处理请求,OK是供人来阅读的status code。

头信息跟随起始行,它和主体之间有一个空行。这里的text_content或者pic_content都只有一行的头信息,text_content用来表示主体信息的类型为html文本:Content-Type: text/html

主体信息为html或者jpg文件的内容。(注意,对于jpg文件,我们使用'rb'模式打开,是为了与windows兼容。因为在windows下,jpg被认为是二进制(binary)文件,在UNIX系统下,则不需要区分文本文件和二进制文件。)

HttpClient.py

客户端程序,你可以自己写。当然一般用浏览器作为客户端。

request由客户端程序发给服务器。尽管request也可以像response那样分为三部分,但是request的格式与response的格式并不相同。request由客户发送给服务器,比如下面是一个request:

GET /test.jpg HTTP/1.x
Accept: text/*

起始行可以分为三部分,第一部分为请求方法(request method),第二部分是URL,第三部分为HTTP版本。request method可以有GET, PUT, POST, DELETE, HEAD。最常用的为GET和POST。GET是请求服务器发送资源给客户,POST是请求服务器接收客户送来的数据。当我们打开一个网页时,我们通常是使用GET方法;当我们填写表格并提交时,我们通常使用POST方法。第二部分为URL,它通常指向一个资源(服务器上的资源或者其它地方的资源)。像现在这样,就是指向当前服务器的当前目录的test.jpg。

按照HTTP协议的规定,服务器需要根据请求执行一定的操作。正如我们在服务器程序中看到的,我们的Python程序先检查了request的方法,随后根据URL的不同,来生成不同的response(text_content或者pic_content)。随后,这个response被发送回给客户端。

Test

终端运行上面的Httpserver程序,作为服务器端,再打开一个浏览器作为客户端。(如果有时间,你也完全可以用Python写一个客户端。原理与上面的TCP socket的客户端程序相类似。)
在浏览器的地址栏输入:127.0.0.1:8000

使用浏览器的调试功能 F12

GET / HTTP/1.1
Host: 127.0.0.1:8000
User-Agent: Mozilla/5.0 (X11; Ubuntu; Linux x86_64; rv:14.0) Gecko/20100101 Firefox/14.0.1
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8
Accept-Language: en-us,en;q=0.5
Accept-Encoding: gzip, deflate
Connection: keep-alive

浏览器接收到text_content之后,发现正文的html文本中有,知道需要获得text.jpg文件来补充为图片,立即发出了第二个请求:

GET /test.jpg HTTP/1.1
Host: 127.0.0.1:8000
User-Agent: Mozilla/5.0 (X11; Ubuntu; Linux x86_64; rv:14.0) Gecko/20100101 Firefox/14.0.1
Accept: image/png,image/*;q=0.8,*/*;q=0.5
Accept-Language: en-us,en;q=0.5
Accept-Encoding: gzip, deflate
Connection: keep-alive
Referer: http://127.0.0.1:8000/

小结

1) 在我们上面的服务器程序中,我们用while循环来让服务器一直工作下去。实际上使用多线程的知识,将while循环中的内容改为多进程或者多线程工作。

2) 服务器程序还不完善,还可以让Python程序调用Python的其他功能,以实现更复杂的功能。比如说制作一个时间服务器,让服务器向客户返回日期和时间。你还可以使用Python自带的数据库,来实现一个完整的LAMP服务器。

3) socket包是比较底层的包。Python标准库中还有高层的包,比如SocketServer,SimpleHTTPServer,CGIHTTPServer,cgi。这些都包都是在帮助我们更容易的使用socket。这些包就很容易明白了。利用这些高层的包,你可以写一个相当成熟的服务器。

4) 在经历了所有的麻烦之后,发现框架是那么的方便,所以决定去使用框架。当然也可以参与到框架开发的热情。

总结

以上所述是小编给大家介绍的使用Python实现简单的服务器功能,希望对大家有所帮助