[HTTP 완벽 가이드 5장] 웹 서버

이 장에서 배울 것

• 여러 종류의 소프트웨어 및 하드웨어 웹 서버에 대해 조사한다.
• HTTP 통신을 진단해주는 간단한 웹 서버를 펄(Perl)로 작성해본다.
• 어떻게 웹 서버가 HTTP 트랜잭션을 처리하는지 단계별로 설명한다.

5.1 다채로운 웹 서버

• '웹 서버'라는 용어는 웹 서버 소프트웨어와 웹 페이지 제공에 특화된 장비 양쪽 모두를 가리킨다.
• 다양한 웹 서버는 기능, 형태, 크기는 모두 달라도 리소스에 대한 HTTP 요청을 받아서 클라이언트에게 콘텐츠를 돌려주는 것은 모두 똑같다.

1) 웹 서버 구현

• 웹 서버는 HTTP 및 그와 관련된 TCP 처리를 구현한 것이다.
• 웹 서버는 HTTP 프로토콜로 구현하고, 웹 리소스를 관리하고, 웹 서버 관리 기능을 제공한다.

2) 다목적 소프트웨어 웹 서버

• 다목적 소프트웨어 웹 서버는 네트워크에 연결된 표준 컴퓨터 시스템에서 동작한다.
• 아파치나 W3C의 직소 같은 오픈소스, 마이크로소프트나 아이플래닛의 상용 소프트웨어가 있다.
• 넷크래프트의 인터넷 웹 사이트들의 서버 조사
  
  • 2020년 2월 기준 1. nginx 36%, 2. apache 25%, 3. microsoft 14%

nginx(엔진 엑스) 서버?

1. 러시아 프로그래머 이고르 시쇼브가 Apache HTTP Server를 코딩하다 Apache의 C10K(10,000개 이상의 소켓을 열게 되면 I/O 처리 방식의 문제 때문에 프로세스가 제대로 처리하지 못하는 것) 문제를 보고, 이를 극복하기 위해 개발을 시작
2. 그가 설립한 회사인 nginx.Inc.가 이 프로젝트를 운영중
3. 목표는 가벼우면서도 강력한 프로그램
4. Apache HTTP Server가 많은 한계를 보이고 있으므로 특별한 사유가 없다면 nginx로 갈아타는 추세
5. nginx는 요청에 응답하기 위해 비동기 이벤트 기반 구조를 가짐
6. Apache HTTP Server의 스레드/프로세스 기반 구조를 가지는 것과는 대도적

3) 임베디드 웹 서버

• 임베디드 웹 서버는 일반 소비자용 제품에 내장될 목적으로 만들어진 작은 웹 서버이다. (예: 프린터나 가전제품)
• 기기를 간편한 웹 브라우저 인터페이스로 관리할 수 있게 해준다.
• 임베디드 웹 서버의 예

1. 아이픽 성냥 머리 크기 웹 서버

5.2 간단한 펄 웹 서버

• HTTP/1.1의 기능들을 지원하려면 수많은 코드(Apache는 50,000 줄의 코드로 구성)와 풍부한 리소스 지원, 가상 호스팅, 접근 제어, 로깅, 설정, 모니터링, 그 외 성능들을 위한 각종 기능이 필요하다.
• 최소한으로 기능하는 HTTP 서버라면 30줄 이하의 펄(Perl) 코드로도 만들 수 있다.

5.3 진짜 웹 서버가 하는 일

1. 커넥션을 맺는다 -- 클라이언트의 접속을 받아들이거나, 원치 않는 클라이언트라면 닫는다.
2. 요청을 받는다 -- HTTP 요청 메시지를 네트워크로부터 읽어 들인다.
3. 요청을 처리한다 -- 요청 메시지를 해석하고 행동을 취한다.
4. 리소스에 접근한다 -- 메시지에서 지정한 리소스에 접근한다.
5. 응답을 만든다 -- 올바른 헤더를 포함한 HTTP 응답 메시지를 생성한다.
6. 응답을 보낸다 -- 응답을 클라이언트에게 돌려준다.
7. 트랜잭션을 로그로 남긴다 -- 로그파일에 트랜잭션 완료에 대한 기록을 남긴다.

5.4 단계 1: 클라이언트 커넥션 수락

• 클라이언트가 이미 서버에 대해 지속적 커넥션을 갖고 있다면, 그 커넥션을 이용해서 요청을 보낼 수 있지만, 그렇지 않다면 서버에 대한 새 커넥션을 열 필요가 있다.

1) 새 커넥션 다루기

• 클라이언트가 웹 서버에 TCP 커넥션을 요청하면, 웹 서버는 TCP 커넥션에서 IP 주소를 추출하여 어떤 클라이언트인지 확인한다.
• 서버는 새 커넥션을 커넥션 목록에 추가하고 커넥션에서 오가는 데이터를 지켜보기 위한 준비를 한다.
• 웹 서버는 어떤 커넥션이든 마음대로 거절하거나 즉시 닫을 수 있다.
• 어떤 웹 서버는 클라이언트의 IP 주소가 인가되지 않았거나 악의적이라고 판단될 경우 커넥션을 닫는다.

2) 클라이언트 호스트 명 식별

• 대부분 웹 서버는 'reverse DNS'를 사용해서 클라이언트의 IP 주소를 호스트명으로 변환(hostname lookup)하도록 설정되어 있다.
• 변환된 호스트 명을 구체적인 접근 제어와 로깅을 위해 사용할 수 있다.
• 대용량 웹 서버는 꽤 시간이 걸리는 hostname lookup 기능을 꺼두거나 특정 콘텐츠에 대해서만 켜놓는다.

3) ident를 통해 클라이언트 사용자 알아내기

• ident 프로토콜은 서버에게 어떤 사용자 이름이 HTTP 커넥션을 초기화 했는지 찾아낼 수 있게 해준다.
• ident는 조직 내부에서는 잘 사용할 수 있지만, 공공 인터넷에서는 잘 동작하지 않는다.

5.5 단계 2: 요청 메시지 수신

• 커넥션에 데이터가 도착하면, 웹 서버는 네트워크 커넥션에서 그 데이터를 읽어 들이고 파싱하여 요청 메시지를 구성한다.
  
• 요청 메시지를 파싱할 때, 웹 서버가 하는 일

1. 요청줄을 파싱하여 요청 메서드, URI, HTTP 버전를 찾는다. 각 값은 스페이스 한 개로 분리, 요청줄을 CRLF 문자열로 끝난다.
2. 메시지 헤더를 읽는다. 각 메시지 헤더는 CRLF로 끝난다.
3. 헤더의 끝을 의미하는 CRLF로 끝나는 빈 줄을 찾아낸다.(존재한다면)
4. 요청 본문이 있다면, 읽어 들인다.(길이는 Content-Length 헤더)

1) 메시지의 내부 표현

• 몇몇 웹 서버는 요청 메시지를 내부의 자료 구조에 저장하는데, 요청 메시지의 각 조각에 대한 포인터와 길이를 담을 수 있고, 헤더는 각 필드에 신속하게 접근할 수 있다.

2) 커넥션 입력/출력 처리 아키텍처

• 고성능 웹 서버는 수천개의 커넥션을 동시에 열 수 있도록 지원한다.
• 웹 서버 아키텍처의 차이에 따라 요청을 처리하는 방식도 달라진다.

단일 스레드 웹 서버

• 한 번에 하나씩 요청을 처리하기 때문에, 트랜잭션이 완료되면 다음 커넥션을 처리한다.
• 성능상 문제를 만들어내므로 로드가 적은 서버나 type-o-serve 같은 진단도구에서만 적당하다.

멀티프로세스와 멀티스레드 웹 서버

• 여러 요청을 동시에 처리하기 위해 여러 개의 프로세스 혹은 고효율 스레드를 할당한다.
• 서버가 수천, 수만 개의 동시 커넥션을 처리할 때 만들어진 수많은 프로세스나 스레드는 너무 많은 리소스를 소비한다.
• 그러므로 스레드/프로세스의 최대 개수에 제한을 건다.

다중 I/O 서버

• 대량의 커넥션을 지원하기 위해 많은 웹 서버는 다중 아키텍처를 채택했다.
• 다중 아키텍처에서는, 모든 커넥션은 동시에 활동을 감시당한다.
• 어떤 커넥션에 대해 작업을 해야하는 것은, 실제로 해야 할 일이 있을 때 뿐이기 때문에 스레드와 프로세스는 유휴 상태의 커넥션에 대해 매여있을 필요가 없다.

다중 멀티스레드 웹 서버

• 여러 개의 스레드는 각각 열려있는 커넥션을 감시하고 각 커넥션에 대해 작업을 수행한다.

5.7 단계 4: 리소스의 매핑과 접근

• 웹 서버는 리소스 서버다.
• HTML 페이지나 JPEG 이미지 같은 콘텐츠를 전달하려면 요청 메시지의 URI에 대응하는 알맞은 콘텐츠나 생성기를 웹 서버에서 찾아서 그 콘텐츠의 원천을 식별해야 한다.

1) Docroot

docroot란?
웹 서버 문서 루트는 웹 사이트가 작동하는 데 필요한 모든 파일을 저장하는 곳입니다. 웹 서버의 기본 docroot를 사용하거나 보안을 강화하도록 수정할 수 있습니다. 예를 들어, Magento 설치 후 특정 파일에 대한 브라우저 액세스를 제한해야합니다.

• 웹 서버는 여러 종류의 리소스 매핑을 지원한다.
• 가장 단순한 형태는 요청 URI를 파일 시스템의 파일 이름과 매칭시키는 것이다.
• 웹 서버는 요청 메시지에서 URI를 가져와서 문서 루트 뒤에 붙인다.

  docroot: /usr/local/httpd/files
  url: /specials/saw-blade.gif
  웹 서버는 /usr/local/httpd/files/specials/saw-blade.gif 파일 반환

• httpd.conf 파일에 DocumentRoot 줄을 추가하여 Apache 웹 서버에 문서 루트를 설정할 수 있다.

  DocumentRoot /usr/local/httpd/files

가상 호스팅된 docroot

• 가상 호스팅 웹 서버는, 각 사이트에 그들만의 docroot를 주는 방법으로 한 웹 서버에서 여러 개의 웹 사이트를 호스팅 한다.
• URI나 Host에서 얻은 IP 주소나 호스트 명을 이용해 문서 루트를 식별한다.
• 이 방법으로, 하나의 웹 서버 위에서 두 개의 사이트가 완전히 분리된 콘텐츠를 갖고 호스팅 되도록 할 수 있다.

사용자 홈 디렉터리 docroots

• docroot의 또 다른 대표적인 활용은, 사용자들이 한 대의 웹 서버에서 각자의 개인 웹 사이트를 만들 수 있도록 해주는 것이다.
• /와 ~ 다음 사용자 이름으로 시작하는 URI는 그 사용자의 개인 문서 루트를 가리킨다.

2) 디렉터리 목록

• 웹 서버는 파일이 아닌 디렉터리를 가리키는 URL에 대한 요청을 받을 수 있다.
• 클라이언트가 디렉터리 URL을 요청 했을 때 웹 서버가 취할 수 있는 행동
  1. 에러를 반환한다.
  2. 디렉터리 대신 특별한 '색인 파일'을 반환한다.
  3. 디렉터리를 탐색해서 그 내용을 담은 HTML 페이지를 반환한다.
• 대부분 웹 서버는 요청한 URL에 대응되는 디렉터리 안에 index.html 또는 index.htm 파일이 있다면 그 파일을 반환한다.
• Apache 웹 서버에서 DirectoryIndex 설정 지시자를 통해 기본 디렉터리 파일의 이름을 설정할 수 있다.
• Options -Indexes 지시자로 디렉터리 색인 파일 자동 생성을 끌 수 있다.

3) 동적 콘텐츠 리소스 매핑

• 웹 서버는 URI를 동적 리소스에 매핑할 수 있다.
• 웹 서버 중 애플리케이션 서버라고 불리는 것들은 웹 서버를 복잡한 백엔드 애플리케이션과 연결하는 일을 한다.
• 애플리케이션 서버는 URI에 대한 동적 콘텐츠 생성 프로그램을 연결하여 리소스를 식별하고 매핑할 수 있다.
• 아파치는 URI의 경로가 /cgi-bin/으로 시작한다면 /usr/local/etc/httpd/cgi-programs/에서 프로그램을 찾아 실행하라는 의미
• 오늘날의 애플리케이션 서버는, 마이크로소프트의 액티브 서버 페이지와 자바 서블릿과 같은 서버 사이드 동적 콘텐츠 지원 기능을 갖고 있다.

4) 서버사이드 인클루드(Server-Side Includes, SSI)

• 만약 어떤 리소스가 서버사이드 인클루드를 포함하고 있는 것으로 설정되어 있다면, 서버는 그 리소스의 콘텐츠를 클라이언트에게 보내기 전에 처리한다.

5) 접근 제어

• 접근 제어되는 리소스에 대한 요청이 도착했을 때 웹 서버는 클라이언트의 IP 주소에 근거하여 접근을 제어할 수 있고 혹은 리소스에 접근하기 위한 비밀번호를 물어볼 수 있다.

5.8 단계 5: 응답 만들기

• 서버는 요청 메서드로 서술되는 동작을 수행한 뒤 응답 메시지를 반환한다.

1) 응답 엔터티

• 트랜잭션이 응답 본문을 생성한다면, 응답 메시지와 함께 돌려보낸다.
• 응답 메시지에 주로 포함되는 것
  1. 응답 본문의 MIME 타입을 서술하는 Content-Type 헤더
  2. 응답 본문의 길이를 서술하는 Content-Length 헤더
  3. 실제 응답 본문의 내용

2) MIME 타입 결정하기

• 응답 본문의 MIME 타입을 결정하는 것은 웹 서버의 책임

웹 서버가 MIME 타입과 리소스를 연결하는 여러가지 방법

mime.types

• 웹 서버는 MIME 타입을 나타내기 위해 파일 이름의 확장자를 사용한다.
• 각 리소스의 MIME 타입을 계산하기 위해 확장자별 MIME 타입이 담겨있는 파일을 탐색한다. (가장 흔한 방법)

매직 타이핑(Magic Typing)

• 파일의 내용을 검사해서 해당 패턴이 패턴 테이블(MIME 타입 목록 파일)에 있는지 찾아서 MIME 타입을 결정한다.
• 느리긴 하지만 파일이 표준 확장자 없을 경우 편리하다.

유형 명시(Explicit Typing)

• 파일 확장자나 내용에 상관없이 MIME 타입을 갖도록 웹 서버를 설정할 수 있다.

유형 협상(Type Negotiation)

• 웹 서버는 한 리소스가 여러 종류의 문서 형식에 속하도록 설정할 수 있다.

3) 리다이렉션

• 웹 서버는 요청을 수행하기 위해 브라우저가 다른 곳으로 가도록 리다이렉트 할 수 있다.
• Location 응답 헤더는 콘텐츠의 새로운 혹은 선호하는 위치에 대한 URI를 포함한다.
• 리다이렉트는 다음의 경우 유용하다.

영구히 리소스가 옮겨진 경우

• 웹 서버는 리소스의 위치가 변경되었거나 이름이 바뀌었을 때 클라이언트에게 북마크를 갱신할 수 있다고 말해줄 수 있다.
• 301 Moved Permancently 상태 코드를 사용한다.

임시로 리소스가 옮겨진 경우

• 리소스의 변경이 임시적이기 때문에, 클라이언트는 원래 URL로 찾아오고 북마크도 갱신하지 않기를 바란다.
• 303 See Other와 307 Temporary Redirect 상태 코드를 사용한다.

URL 증강

• 서버는 종종 문맥 정보를 포함시키기 위해 재 작성된 URL로 리다이렉트 한다.
• 303 See Other와 307 Temporary Redirect 상태 코드를 사용한다.

부하 균형

• 과부화된 서버가 요청을 받으면, 서버는 클라이언트를 좀 덜 부하가 걸린 서버로 리다이렉트할 수 있다.
• 303 See Other와 307 Temporary Redirect 상태 코드를 사용한다.

친밀한 다른 서버가 있을 때

• 클라이언트에 대한 정보를 갖고 있는 다른 서버로 리다이렉트할 수 있다.
• 303 See Other와 307 Temporary Redirect 상태 코드를 사용한다.

디렉터리 이름 정규화

• 클라이언트가 디렉터리 이름에 대한 URI를 요청 했을 때 끝에 /를 빠뜨렸다면, 웹 서버는 /를 추가한 URI로 리다이렉트 한다.

5.9 단계 6: 응답 보내기

• 웹 서버는 여러 클라이언트에 대한 커넥션을 가질 수 있다.
• 일을 하고 있는 커넥션도 있고 놀고 있는 커넥션도 있다.

5.10 단계 7: 로깅

• 트랜잭션이 완료되었을 때 웹 서버는 트랜잭션이 어떻게 수행되었는지에 대한 로그를 로그파일에 기록한다.