管華慶

(南京郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，江蘇 南京 210000)

小型Web服務(wù)器Boa的移植與驗(yàn)證

管華慶

(南京郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，江蘇 南京 210000)

現(xiàn)代通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)都迎來(lái)了顯著的發(fā)展，各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域都要求將可移動(dòng)設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)。這就要求構(gòu)建嵌入式Web服務(wù)器，讓用戶可以接入服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和相互通信。嵌入式Web服務(wù)器具有許多優(yōu)點(diǎn)，如：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能低等。把嵌入式設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)方便、實(shí)時(shí)地通過(guò)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備的工作狀態(tài)，再將數(shù)據(jù)以直觀、形象的網(wǎng)頁(yè)方式顯示在PC、PDA、Phone等設(shè)備上，不需要專門的應(yīng)用軟件。文中便攜式通信地球站監(jiān)控系統(tǒng)使用的是ARM9系列芯片，在控制板硬件之上移植Linux操作系統(tǒng)，系統(tǒng)上移植合適的應(yīng)用層Web服務(wù)器。系統(tǒng)采用的是Boa服務(wù)器。它是一種B/S(瀏覽器/服務(wù)器)的架構(gòu)方式，用戶在終端上打開瀏覽器輸入網(wǎng)址訪問已構(gòu)建的嵌入式Web服務(wù)器，就可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行方便、實(shí)時(shí)、簡(jiǎn)便的監(jiān)控。

便攜式衛(wèi)星通信地球站；嵌入式Web服務(wù)器；B/S架構(gòu)；Boa

0 引 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)[1]的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，人們獲取信息的主要方式也變成網(wǎng)頁(yè)的形式，網(wǎng)頁(yè)呈現(xiàn)的內(nèi)容不但品種繁多，而且絢麗多彩。這種方式正是平時(shí)所說(shuō)的B/S(瀏覽器/服務(wù)器)模式?？蛻敉ㄟ^(guò)任意一款瀏覽器，比如：IE、Firefox、360等，在地址欄輸入U(xiǎn)RL(統(tǒng)一資源定位符)后連上服務(wù)器，提供Web服務(wù)的服務(wù)器就會(huì)將存儲(chǔ)在本地的資源發(fā)送給客戶端。客戶端服務(wù)器之間的交互必須遵循一定的協(xié)議規(guī)則，比如:Http、TCP/IP等。

目前，這種應(yīng)用廣泛的Web服務(wù)器[2]模式和美觀的網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)也在嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的發(fā)展，比如：對(duì)工業(yè)控制設(shè)備、儀器儀表、家用電器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控[3]。嵌入式Web服務(wù)器本質(zhì)上是一種駐留在某類嵌入式設(shè)備上的應(yīng)用層程序，它可以完成如下工作：運(yùn)行守護(hù)進(jìn)程，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的初始化，端口監(jiān)聽，等待客戶請(qǐng)求，處理請(qǐng)求，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，響應(yīng)請(qǐng)求內(nèi)容，等等。

嵌入式Web服務(wù)器[4]種類繁多：Lighttpd、Apache、Goahead、Http、Thttpd和Boa?？紤]到嵌入式系統(tǒng)資源、運(yùn)行能力等的限制，文中系統(tǒng)采用Boa服務(wù)器作為系統(tǒng)的Web服務(wù)器。

Boa代碼量少，可執(zhí)行代碼僅61.3 kB，支持身份認(rèn)證和動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)CGI，功能全面，穩(wěn)定，適用性強(qiáng)，安全性高。Boa服務(wù)器是一種單任務(wù)的Web服務(wù)器，它不能并發(fā)處理多個(gè)用戶請(qǐng)求進(jìn)程，只能按照請(qǐng)求隊(duì)列中排隊(duì)的順序，逐個(gè)響應(yīng)。

1 Web服務(wù)器Boa的工作流程

守護(hù)進(jìn)程是指一種獨(dú)立于任何終端控制的運(yùn)行在系統(tǒng)后臺(tái)的特殊進(jìn)程。它能每隔一定周期執(zhí)行特定任務(wù)或者某類事情發(fā)生后觸發(fā)其運(yùn)行。Boa[5]通過(guò)服務(wù)器守護(hù)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)與客戶端之間的交互。守護(hù)進(jìn)程的啟動(dòng)方式有兩種：一種是在Linux啟動(dòng)腳本文件/rtc/rcS.d中增加代碼：./var/www/boa在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)運(yùn)行；另一種是在終端上用戶根據(jù)需要啟動(dòng)輸入代碼：./var/www/boa。

服務(wù)器守護(hù)進(jìn)程啟動(dòng)之后首先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)環(huán)境參數(shù)的初始化工作。之后Boa服務(wù)器進(jìn)程一直處于運(yùn)行狀態(tài)，并創(chuàng)建套接字，創(chuàng)建好套接字后的進(jìn)程將會(huì)一直監(jiān)聽80端口是否有來(lái)自客戶端的請(qǐng)求。客戶端發(fā)起一個(gè)請(qǐng)求，要求建立一個(gè)到服務(wù)器80端口的TCP鏈接，Boa服務(wù)器[6]接收HTTP請(qǐng)求，并將獲得的全部請(qǐng)求數(shù)據(jù)保存在request的結(jié)構(gòu)體隊(duì)列中。由于Boa是一種單任務(wù)、單進(jìn)程的迭代式服務(wù)器，對(duì)于客戶端多個(gè)、連續(xù)的請(qǐng)求都會(huì)按照先進(jìn)先出的原則存儲(chǔ)在請(qǐng)求隊(duì)列中，而不會(huì)像并發(fā)服務(wù)器一樣創(chuàng)建新的進(jìn)程來(lái)處理客戶端請(qǐng)求，而本身仍然處于監(jiān)聽狀態(tài)。

Boa只能處理單任務(wù)、單進(jìn)程的服務(wù)器，它每次從request隊(duì)列[7]中取出一個(gè)請(qǐng)求，創(chuàng)建相應(yīng)的進(jìn)程，根據(jù)request數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中請(qǐng)求的不同狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)處理。對(duì)于符合HTTP協(xié)議的請(qǐng)求，Boa返回404錯(cuò)誤；對(duì)于符合協(xié)議的請(qǐng)求，Boa將頭部信息提取，完成環(huán)境變量的設(shè)置，查看環(huán)境變量中is_cgi位的值。如果該位值為0說(shuō)明客戶端請(qǐng)求的是服務(wù)器本地存儲(chǔ)的靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)，服務(wù)器不做處理，讀取本地文件作為響應(yīng)返回；該位上的值非0表示CGI程序，Boa服務(wù)器必須讀取環(huán)境變量中的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)值在自身運(yùn)行CGI程序，將程序的輸出組織成文件，作為最終響應(yīng)文件給客戶端。

Web服務(wù)器工作流程見圖1。

2 Boa服務(wù)器的搭建

按順序執(zhí)行以下幾步完成Boa服務(wù)器的移植過(guò)程：

1)完成Boa程序的移植[8]。

(1)首先登錄Boa的官方網(wǎng)址http：//www.boa.org下載“boa-0.94.13”版本。

(2)解壓壓縮包：#tar zxvf boa-0.94.13.tar.gz。

(3)修改源碼并交叉編譯。

圖1 Web服務(wù)器工作流程

進(jìn)入源碼目錄的src子目錄。

#cd Boa-0.94.13/src

生成Makefile文件

#./config

修改Makefile文件,找到：CC=gcc和CPP=gcc-E，然后分別改成：

CC=arm-linux-gcc

CPP=arm-linux-gcc-E

#vimMakefile

修改boa.c文件,將225行、226行和227行的代碼注釋掉

#vimboa.c

修改compat.h文件，將120行修改為

#define TIMEZONE_OFFSET(foo)(foo)

->tm_gmtoff

#vimcompat.h

修改config.c文件，注釋掉266行到286行

#vimconfig.c

接著修改log.c文件，注釋掉72、73、和74行

#vimlog.c

保存文件并退出后進(jìn)行編譯。命令：

#Make

編譯之后會(huì)在源文件目錄下生成可執(zhí)行文件“boa”。接著將可執(zhí)行文件復(fù)制到服務(wù)器設(shè)備系統(tǒng)的/var/www目錄下，同時(shí)在文件系統(tǒng)的/etc/下建立子目錄，把配置文件boa.cof拷貝到此目錄下，命令為：

#cp boa/var/www

#mkdir /etc/boa

#cpboa.conf /etc/boa

(4)創(chuàng)建日志文件目錄。

#mkdir /var/log/

2)修改boa的配置文件boa.Conf。

(1)修改服務(wù)器的配置文件[9]。

#cd /etc/boa

#vimboa.conf

將111行代碼改為：

DocumentRoot /var/www 即規(guī)定文件主目錄為/var/www

將193行代碼改為：

ScriptAlias /cgi-bin /var/www/cgi-bin

這是起別名的方法，/var/www/cgi-bin和/cgi-bin/現(xiàn)在指的是同一個(gè)文件夾。只要在瀏覽器中輸入/cgi-bin/就可以訪問板子上的實(shí)際路徑

將194行增加一行代碼：

ScriptAlias index.html /var/www/html

/index.html 相應(yīng)的起別名方法，即規(guī)定測(cè)試目錄的虛擬路徑的別名

(2)配置文件boa.conf的其他內(nèi)容都可以按照其原先內(nèi)容保持不變。

3)最后必須編寫相應(yīng)的靜態(tài)HTML和CGI腳本程序，并放入/var/www/cgi-bin/文件夾下，通過(guò)瀏覽器測(cè)試移植是否成功完成。

3 系統(tǒng)平臺(tái)介紹

文中系統(tǒng)為一個(gè)便攜式衛(wèi)星通信地球站監(jiān)控系統(tǒng)的Web監(jiān)控系統(tǒng)，包括監(jiān)控終端、傳輸網(wǎng)絡(luò)、Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)庫(kù)等幾個(gè)功能模塊[10]。

監(jiān)控終端采用PC或者PAD等移動(dòng)設(shè)備，設(shè)備上的瀏覽器工作于TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用層，使用HTTP協(xié)議進(jìn)行通信。它可以向服務(wù)器發(fā)送監(jiān)控命令或者從服務(wù)器獲得地球站的狀態(tài)；數(shù)據(jù)傳輸部分可以采用兩種方式。如果監(jiān)控終端采用的是PC機(jī)，可以用一根網(wǎng)線將服務(wù)器和客戶端連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式。另一方面如果采用的是移動(dòng)終端，如：PAD或者Phone等，也可以安裝無(wú)線射頻模塊組建自己的局域網(wǎng)，通過(guò)Wifi進(jìn)行通信；數(shù)據(jù)處理模塊采用AT91SAM9260微處理器[11]，其主要功能是運(yùn)行CGI程序和伺服控制程序，為了實(shí)現(xiàn)瀏覽器和服務(wù)器之間的動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)交互方式，如何設(shè)計(jì)出準(zhǔn)確、快速地處理客戶端發(fā)來(lái)的請(qǐng)求數(shù)據(jù)的CGI程序是該系統(tǒng)的關(guān)鍵，而這也依賴于主控芯片的硬件處理能力。最后的數(shù)據(jù)庫(kù)部分，作為一個(gè)系統(tǒng)，為了防止來(lái)自外部的惡意修改，必須有驗(yàn)證系統(tǒng)登錄身份的功能，這些身份數(shù)據(jù)就存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)然其中還有一些對(duì)星的參數(shù)。文中系統(tǒng)采用SQlite輕型數(shù)據(jù)庫(kù)[12]，CGI程序利用它提供的API函數(shù)完成數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢、插入和修改等常用功能。

系統(tǒng)工作流程見圖2。

圖2 系統(tǒng)工作流程

4 網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)簡(jiǎn)介

客戶機(jī)和服務(wù)器之間交互的載體是網(wǎng)頁(yè)。網(wǎng)頁(yè)中不但可以有文字，而且可以插入圖片，甚至能將視頻文件嵌入網(wǎng)頁(yè)中。網(wǎng)頁(yè)給用戶帶來(lái)了愉快的用戶體驗(yàn)。

該系統(tǒng)采用的主要網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)有：CGI程序設(shè)計(jì)、HTML、JavaScript腳本語(yǔ)言和CSS等方式。這些綜合起來(lái)就是人們常用的Ajax技術(shù)。CGI又叫做通用網(wǎng)關(guān)接口[13]，CGI程序是一種運(yùn)行在服務(wù)器端的動(dòng)態(tài)程序。它能夠代替服務(wù)器來(lái)讀取數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)。如果沒有CGI，一個(gè)Web服務(wù)器只能給用戶提供靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)。有了CGI標(biāo)準(zhǔn)，程序員編寫主頁(yè)文件時(shí)可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器利用外部擴(kuò)展程序來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理之后的程序以網(wǎng)頁(yè)的方式保存，供用戶訪問。Ajax編程技巧也是一種常用的對(duì)Web網(wǎng)頁(yè)的局部?jī)?nèi)容進(jìn)行動(dòng)態(tài)刷新的技術(shù)。JavaScript腳本首先創(chuàng)建一個(gè)XMLHttpRequest對(duì)象，這個(gè)對(duì)象經(jīng)過(guò)初始化之后，執(zhí)行它的send()方法通過(guò)post或者GET方式向服務(wù)器端的CGI程序發(fā)送請(qǐng)求，CGI程序處理數(shù)據(jù)之后又將最后的結(jié)果發(fā)送給客戶端的JavaScript腳本程序，腳本將數(shù)據(jù)重新寫入到網(wǎng)頁(yè)上面相應(yīng)的控件里，這樣就實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)頁(yè)的局部刷新，免去從服務(wù)器獲得整個(gè)網(wǎng)頁(yè)。CSS[14]技術(shù)主要針對(duì)頁(yè)面的布局，設(shè)計(jì)出美觀、整潔的網(wǎng)頁(yè)，提供給用戶更加友好的交互。

5 測(cè)試Web服務(wù)器Boa

文中以下為靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)測(cè)試。

5.1 測(cè)試環(huán)境的相關(guān)說(shuō)明

編寫測(cè)試代碼index.html。在PC上使用交叉編譯器編譯源程序后放入上小節(jié)指定的文件夾/var/www/cgi-bin/。用戶使用網(wǎng)線將一臺(tái)PC機(jī)和便攜式衛(wèi)星通信地球站控制板互聯(lián)。必須確保控制板和試驗(yàn)用PC機(jī)處于同一個(gè)網(wǎng)段，所以設(shè)置PC機(jī)的IP地址為10.10.150.174，子網(wǎng)掩碼設(shè)置為255.255.255.0,便攜式衛(wèi)星控制地球站的IP地址設(shè)置為10.10.150.180。最后打開PC機(jī)的瀏覽器輸入以下網(wǎng)址：http://10.10.150.180，看是否出現(xiàn)需要的網(wǎng)頁(yè)。

5.2 測(cè)試用例與測(cè)試現(xiàn)象

#include

int mian()

{

printf(“Content-type:text/html ”);

printf(“ ”);

printf(“Text ”);

printf(“ ”);

printf(“ ”);

printf(“

” );

printf(“HELLO WORLD! ” );

printf(“

” );

printf(“<ody> ”);

printf(“ ”);

return 0;

}

由于ARM板資源有限，必須在PC機(jī)上將源文件進(jìn)行交叉編譯成在Linux系統(tǒng)下的文件，最后將編譯好的文件放到開發(fā)板的/var/www/cgi-bin目錄下。相關(guān)代碼如下：

#arm-linux-gcc -o hello.cgi hello.c

#cp hello.cgi /var/www/cgi-bin/

瀏覽器中輸入網(wǎng)址：

http://10.10.150.180/cgi-bin/hello.cgi

即可看到如圖3所示的網(wǎng)頁(yè)。

圖3 結(jié)果驗(yàn)證圖

6 結(jié)束語(yǔ)

文中基于AT91SAM9260型號(hào)的微處理器ARM9主控板[10]，完成Web服務(wù)器的移植，實(shí)現(xiàn)在PC上以網(wǎng)頁(yè)的方式訪問主控制板上服務(wù)器中的資源。最后通過(guò)一段簡(jiǎn)單的CGI程序測(cè)試能否正常工作，結(jié)果表明該服務(wù)器工作時(shí)間持久，工作性能穩(wěn)定，控制方便。文中介紹的移植方法可以給其他服務(wù)器的移植提供有價(jià)值的參考。

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Transplantation and Verification of Embedded Web Server Boa

GUAN Hua-qing

(College of Telecommunications and Information Engineering,Nanjing University of Posts and Telecommunications,Nanjing 210000,China)

With the development of computer technology and modern communication technology,the device is connected to the network which is available to the general requirements of modern mobile terminals.Compared with the Internet Web applications,the embedded Web server has the advantages of simple structure and low functional requirements.The embedded devices connected to the Internet makes operating state to be easily monitored in real-time through of the network.Then the data can be vividly and intuitively displayed on PC,PDA,Phone and other equipments.Users do not need special application software.This portable communication earth station monitoring system is porting embedded Linux operating system on ARM9 chip.The appropriate application layer Web server on this system is installed,the system uses the Boa server,which is based on B/S structure mode,and user opens a browser on your terminal server to access Web pages stored in the satellite communication earth station,bringing real-time,portable monitor to the user.

portable satellite communication earth station;embedded Web server;B/S structure;Boa

2015-05-12

2015-08-14

時(shí)間：2016-01-26

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61271234)作者簡(jiǎn)介：管華慶(1990-)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)樾l(wèi)星通信技術(shù)。

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20160126.1517.032.html

TP39

A

1673-629X(2016)02-0128-04

10.3969/j.issn.1673-629X.2016.02.029