uClinux下動(dòng)態(tài)Web技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法

摘要：介紹uClinux操作系統(tǒng)的御，實(shí)現(xiàn)uClinux下的Boa Web Server；討論如何通過(guò)編寫(xiě)CGI程序來(lái)最終實(shí)現(xiàn)uClinux下的動(dòng)態(tài)Web頁(yè)面技術(shù)。

    關(guān)鍵詞：uClinux 動(dòng)態(tài)Web技術(shù) CGI（通用網(wǎng)關(guān)接口） Web Server

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已成為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分。所謂嵌入式系統(tǒng)，是以應(yīng)用中為心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它具有計(jì)算機(jī)的功能，但又不稱(chēng)為計(jì)算機(jī)，包括機(jī)頂盒、微波爐、電梯、數(shù)控系統(tǒng)、醫(yī)療儀器等。

當(dāng)今的信息時(shí)代，是一個(gè)構(gòu)筑在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之睥時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)滲透到了人們工作和生活的各個(gè)角落。嵌入式Internet是近幾年發(fā)展起來(lái)一項(xiàng)新興概念和技術(shù)，不僅通過(guò)PC機(jī)能上網(wǎng)，通過(guò)各種各樣的嵌入式設(shè)備也能上網(wǎng)，使用瀏覽Web已經(jīng)成為現(xiàn)代人的習(xí)慣。21世紀(jì)的電子信息產(chǎn)品，如果不能適應(yīng)這個(gè)發(fā)展的方向和要求，將很難有強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)力。而目前正在開(kāi)發(fā)的嵌入式系統(tǒng)中，49%的項(xiàng)目選擇Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)，因此對(duì)uClinux操作系統(tǒng)下嵌入式Web技術(shù)的研究具有較高的現(xiàn)實(shí)意義，本文就此作些討論。

1 uClinux嵌入式操作系統(tǒng)

Linux是一種優(yōu)秀的自由軟件。由于源代碼公開(kāi)，功能強(qiáng)大，具有良好的網(wǎng)絡(luò)支持，又易于睛，近幾年成為了最有潛力的嵌入式操作系統(tǒng)。UClinux是一個(gè)完全符合GNU/GPL（通用公共許可證）公約的項(xiàng)目和完全開(kāi)發(fā)代碼。它是標(biāo)準(zhǔn)Linux的一個(gè)分支，現(xiàn)在由Lineo公司支持維護(hù)。它專(zhuān)門(mén)針對(duì)沒(méi)有MMU的CPU，并且為嵌放式系統(tǒng)做了許多小型化的工作?，F(xiàn)在已經(jīng)成為使用uClinux的安例包括：基于ColdFire的CISCO 2500/3000/4000路由器；基于ARM7TDMI的Aplio公司的voice-over-IP電話；Axis公司的AXIS2001網(wǎng)絡(luò)數(shù)碼相機(jī)；Adomo公司的機(jī)頂盒以及各種開(kāi)發(fā)板。

UClinux經(jīng)過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)Linux內(nèi)核的改動(dòng)，形成了一個(gè)高度優(yōu)化的、代碼緊湊的嵌入式Linux，雖然它的體積很小，但uClinux仍然保留了Linux的大多數(shù)的優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定、良好的移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能、對(duì)各種文件系統(tǒng)完備的支持，以及標(biāo)準(zhǔn)豐富的API。它的主要特征如下：①通用Linux API；②內(nèi)核體積小于512KB，內(nèi)核加上文件系統(tǒng)小于900KB；③完整體積小于512KB，內(nèi)核加上文件系統(tǒng)小于900KB；④支持其它大量網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；⑤支持各種文件系統(tǒng)，包括NFS、ext2、romfs and JFFS、MS-DOS和FAT16；⑥支持各種典型的處理器構(gòu)架，包括ARM、PowerPC、X86等。

2 基于uClinux的動(dòng)態(tài)Web實(shí)現(xiàn)技術(shù)

2.1 uClinux下Web Server的實(shí)現(xiàn)

uClinux下，主要有三個(gè)Web Server：httpd、thttpd和Boa。Httpd是最簡(jiǎn)單的一個(gè)Web Server，它的功能最弱，不支持認(rèn)證，不支持CGI。Thttpd和Boa都支持認(rèn)證、CGI等，功能都比較全。為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)Web技術(shù)，這里我們選擇實(shí)現(xiàn)一個(gè)支持CGI的、非常適合于嵌入式系統(tǒng)的Boa Web Server。

Boa是一個(gè)單任務(wù)的http服務(wù)器，源代碼開(kāi)放、性能高。目前，uClinux的代碼中已經(jīng)包含boa的源代碼，在uClinux下實(shí)現(xiàn)Boa，需要對(duì)Boa做一些配置和修改。這主要通過(guò)對(duì)boa.conf和mime.types文件進(jìn)行修改來(lái)實(shí)現(xiàn)，需要改動(dòng)的配置有以下幾項(xiàng)。

（1）建目錄

由于uClinux默認(rèn)的根文件系統(tǒng)romfs是只讀的，不能用mkdir等命令來(lái)新建目錄，故應(yīng)在編譯內(nèi)核前先建好要用到的目錄，這通過(guò)修改/uclinux-samsung/vendors/Samsung/4510b/makefile文件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在ROMFS_DIRS=bin dev etc home lib mnt proc usr var的后邊增加home/web home/web/cgi-bin，這樣修改后編譯內(nèi)核，編譯好的根文件系統(tǒng)romfs中就包含這些目錄了。

（2）指定Web服務(wù)器的根目錄路徑（SERVER_ROOT）

進(jìn)入/uclinux-samsung/user/boa/src/目錄，通過(guò)修改define.h文件中#define ERVER_ROOT“/home”語(yǔ)句 來(lái)指定SERVER_ROOT。另外，還可以通過(guò)命令行來(lái)指定，例如：boa-c/home/&。而且命令行 指定的SERVER_ROOT可以覆蓋define.h文件所指定的。

    （3）修改boa.conf文件

在./uclinux-samsung/user/boa/src/boa.conf里修改：

*將user obody

Group ogroup

改為User 0

Group 0;

*將DocumentRoot/var/www

改為DocumentRoot/home/web,這樣web服務(wù)器的文檔根目錄為/home/web；

*將MimeTypes/etc/mime.types

改為MimeTypes/home/web/mime.types；

定義默認(rèn)首頁(yè)和CGI程序所在目錄，即

DirectoryIndex index.html

ScriptAlias/cgi-bin//home/web/cgi-bin/

這樣指定后，.index.htm為遠(yuǎn)程瀏覽客戶訪問(wèn)Web Server所看到的首頁(yè)默認(rèn)值，用C編寫(xiě)的CGI程序編譯成二進(jìn)制文件，放到/cgi-bin/目錄下，CGI程序能被正確地執(zhí)行。

Boa.conf文件和mime.types文件必須放到Web服務(wù)器根目錄下，所以把修改后的bao.conf和mime.types拷貝到“./uclinux-samsung/romfs/home/”目錄下。然后在/uclinux-samsung/Vendors/Samsung/4510b/inittab里修改，在：inet:unknown:/bin/inetd后加入：boa:unknown:/bin/boac/home。

配置過(guò)程后，重新編譯內(nèi)核，編譯時(shí)選中Boa選項(xiàng)。把編譯好的內(nèi)核下載到開(kāi)發(fā) 板，啟動(dòng)uClinux，完成IP配置，啟動(dòng)Boa Web Server，然后就可以通過(guò)IE訪問(wèn)你的網(wǎng)頁(yè)了。如果想啟動(dòng)uClinux時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)Boa Web Server，可以修改rc文件，進(jìn)入uclinux-samsung/vendors/Samsung/4510B目錄，在運(yùn)行腳本rc中增加兩行：

ifconfig eth202.196.9.197up

boa-c /home/&

修改后重新編譯內(nèi)核，再下載到開(kāi)發(fā)板運(yùn)行。運(yùn)行uClinux后，不需要配置就可以直接通過(guò)IE來(lái)訪問(wèn)你的網(wǎng)頁(yè)了。

2.2 uClinux下實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)Web頁(yè)面的CGI技術(shù)

到目前為止，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)Web頁(yè)面有4種技術(shù)可供選擇：CGI（Common Gateway Interface）、ASP（Active X ServerPage）、ASP（Active XServerPage）、PHP（Personal Home Page）和JSP（Java Server Page）。在uClinux下如果要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)，只能采用CGI，因此目前uClinux還不支持ASP、PHP等動(dòng)態(tài)Web頁(yè)面技術(shù)。

CGI（通用網(wǎng)關(guān)接口）提供Web服務(wù)器一個(gè)執(zhí)行外部程序的通道，這種服務(wù)端技術(shù)使得瀏覽器和服務(wù)器之間具有交互性。CGI程序?qū)儆谝粋€(gè)外部程序，需要編譯成可執(zhí)行文件，以便在服務(wù)端運(yùn)行，其應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)如圖1所示。瀏覽器將用戶輸入的數(shù)據(jù)送到Web服務(wù)器，Web服務(wù)器將數(shù)據(jù)使用STDIN送給CGI程序，在執(zhí)行CGI程序后，可能會(huì)訪問(wèn)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的一些文檔，最后使用STDOUT輸出HTML形式的結(jié)構(gòu)文件，經(jīng)Web服務(wù)器送回瀏覽器顯示給用戶。

CGI程序可以用任何程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫(xiě)，如Shell腳本語(yǔ)言、Perl、Fortran、Pascal、C語(yǔ)言等。但目前uClinux不支持Perl、Fortran等語(yǔ)言，而且C語(yǔ)言在平臺(tái)無(wú)關(guān)性上表示不錯(cuò)，所以我們選擇用C來(lái)編寫(xiě)CGI程序。另外，uClinux也不支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，所以需要保存的數(shù)據(jù)只能保存到文件中，CGI查詢(xún)數(shù)據(jù)時(shí)也是查詢(xún)這些文件，而不是訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.3 uClinux下動(dòng)態(tài)Web頁(yè)面的實(shí)現(xiàn)

下面通過(guò)一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明如何實(shí)現(xiàn)uClinux下的動(dòng)態(tài)Web頁(yè)面技術(shù)。此例子的目的是使用戶能夠通過(guò)Web頁(yè)面內(nèi)嵌表單提交數(shù)據(jù)，并能把用戶提交的數(shù)據(jù)通過(guò)Web瀏覽器正確地返回給用戶。實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)Web頁(yè)面的第一步是用HTML語(yǔ)言編寫(xiě)Web頁(yè)及內(nèi)建表單。編寫(xiě)Web頁(yè)面時(shí)，要由ACTION屬性來(lái)指定相關(guān)的CGI程序，如ACTION=cgi-bin/demo；由MOTHOD屬性來(lái)指明所用的提交數(shù)據(jù)的方法，即MOTHOD=POST（GET）。本人編寫(xiě)的Web頁(yè)面在瀏覽器中的顯示如圖2所示。

實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)Web頁(yè)面的第二步是用C編寫(xiě)CGI程序，CGI程序分為以下幾部分：①根據(jù)POST方法或GET方法從提交的表單中接收數(shù)據(jù)；②URL編碼的解碼；③用printf（）函數(shù)來(lái)產(chǎn)生HTML源代碼，并將經(jīng)過(guò)解碼后的數(shù)據(jù)正確地返回給瀏覽器。包括demo.c、cgivars.h和cgivars.c三個(gè)文件。將編寫(xiě)好的CGI程序編譯成二進(jìn)制文件放在cgi-bin/目錄下，CGI程序能被正確地執(zhí)行，最終CGI程序?qū)ι鲜霰韱螖?shù)據(jù)的處理結(jié)果如圖3所示。

圖3 CGI程序處理結(jié)果

    下面對(duì)程序稍加說(shuō)明。若以GET方法提交數(shù)據(jù)，表單中的數(shù)據(jù)被保存在QUERY_STRING環(huán)境變量中，通過(guò)調(diào)用函數(shù)getenv("QUERY_STRING")來(lái)讀取數(shù)據(jù)；若以POST方法提交數(shù)據(jù)，則程序先從CONTENT_LENGTH環(huán)境量得到數(shù)據(jù)的字長(zhǎng)，然后從標(biāo)準(zhǔn)輸入中讀取相應(yīng)長(zhǎng)度的字符串即可得到提交的數(shù)據(jù)。數(shù)組postinput[i]中保存的就是從表單中提取的數(shù)據(jù)。

URL編碼的解碼過(guò)程較為復(fù)雜，URL編碼的規(guī)則下：①變量之間用“&”分開(kāi)；②變量與其對(duì)應(yīng)值之間用"="連接；③空格符用"+"代替；④特殊意義的字符用%接相應(yīng)的十六進(jìn)制ASCII碼代替。解碼即為編碼的逆過(guò)程。在程序中，對(duì)于從表單中提取過(guò)來(lái)的postinput[i]中的數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)字符為“+”時(shí)，將它轉(zhuǎn)換成空格；當(dāng)發(fā)現(xiàn)字符為“&”時(shí)，意味著個(gè)名字/值對(duì)的結(jié)束，在此處將字符中切成幾個(gè)字符串；當(dāng)再現(xiàn)字符為“=”時(shí)，意味著一個(gè)名字/值對(duì)的名字部分的結(jié)束，在此再將名字/值對(duì)分開(kāi)。最后通過(guò)調(diào)用unescape_url(char *url)子函數(shù)將十六進(jìn)制ASCII碼值表示的特殊字符轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的ASCII字符。

結(jié)語(yǔ)

用本文所提供的方法實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)Web Server通用性強(qiáng)，能夠在嵌入式平臺(tái)上高效率地運(yùn)行，有著廣泛的應(yīng)用前景。