DEV Community

Cover image for Construindo um web server em Assembly x86, parte V, finalmente o server
Leandro Proença
Leandro Proença

Posted on • Edited on

Construindo um web server em Assembly x86, parte V, finalmente o server

#braziliandevs #assembly #computerscience

No artigo anterior, passamos pelos fundamentos de Assembly, onde foi possível entender alguns conceitos básicos tais como tipos de registradores, stack, loops, FLAGS etc, tudo sendo feito com debugging via GDB.

Agora, vamos de fato construir um web server muito simples que devolve um HTML com a frase "Hello, World". A meta é chegarmos nisto:

hello world

O processo para chegarmos a este objetivo consiste em cobrir fundamentos de Web, passando por sockets, TCP e HTTP, enquanto vamos explorando conceitos práticos em Assembly x86.

Agenda

Arquitetura Web

Para criar um servidor web, precisamos manipular mensagens HTTP, que são transportadas via camada de transporte TCP/IP através de uma rede.

Estas mensagens são enviadas entre diferentes dispositivos conectados a uma rede, que pode ser privada (local) ou pública. Regularmente, comunicação HTTP é feita entre 2 dispositivos, sendo um deles o cliente e outro o servidor.

Vamos brevemente falar de cada um destes conceitos.

Cliente-servidor

Numa arquitetura cliente-servidor, temos 2 dispositivos conectados a uma rede de computadores:

cliente servidor

Para um servidor web, é necessário que o cliente realize uma conexão com o servidor, em seguida faça uma requisição, pelo que o servidor deve devolver uma resposta e, por último, fechar a conexão.

connect request response

Mas como esta mensagem deve ser enviada? Quem garante a entrega? E caso ocorra falha de sinal na camada física (cabeamento de rede), como assegurar que cada "pacote" da mensagem seja entregue em ordem?

É pra isto que foi criado o modelo de comunicação OSI.

Modelo OSI

OSI é um modelo de referência para comunicação entre diferentes dispositivos através de diferentes redes, que estabelece um conjunto de camadas que vai desde a camada física até a camada de formato de mensagens.

modelo OSI

  • Camada física: responsável pelo tráfego de informações através de meios físicos, tais como bluetooth, frequência de rádio, cabos etc
  • Camada de enlace de rede: responsável pela decodificação e codificação de mensagens em frames, do meio físico para o meio digital e vice-versa
  • Camada de rede: é aqui que definimos protocolos de rede, tais como o protocolo de internet, também conhecido como IP (Internet Protocol)

Na web, os dados trafegam geralmente através de uma rede de computadores pública, global e descentralizada, neste caso a Internet

  • Camada de transporte: camada responsável por características de entrega, tais como definir critérios de confiabilidade e ordem dos pacotes de mensagens. Por exemplo, nesta camada temos o protocolo de controle de transmissão, ou TCP
  • Camada de sessão e apresentação: aqui vão critérios de informações que podem ser vinculadas a uma determinada conexão entre diferentes dispositivos, bem como o formato de apresentação das informações na rede
  • Camada de aplicação: nesta camada, temos a definição do formato de mensagens em um nível mais "aplicacional", como por exemplo protocolo HTTP (Hypertext Transfer Protocol), FTP, SSH entre outros

Entretanto fica aqui uma questão: como que todo esse modelo de comunicação em rede se converte em algo prático num programa dentro de um sistema operacional?

Chegou o momento de falar sobre sockets e TCP.

Sockets e TCP

Num computador, todos os programas são encapsulados dentro de uma estrutura chamada processo, como vimos em artigos anteriores.

Quando falamos em cliente na aquitetura cliente-servidor, estamos falando de um processo rodando dentro de um computador, e o mesmo vale para o servidor, onde cada processo tem seu próprio identificador, ou PID:

pids

Sabendo que processos são isolados, foram definidas diferentes formas de comunicação entre processos (também conhecido como IPC, ou inter process communication), tais como pipes, arquivos do filesystem, descritores de arquivos e UNIX sockets.

Estamos baseando a saga em sistema "UNIX-like", mais especificamente GNU/Linux

Ou seja, temos ciência que é possível fazer 2 processos dentro de um mesmo computador se comunicarem através de UNIX sockets. Mas como fazer dois processos em computadores distintos se comunicarem?

Entramos então em Berkeley Sockets, que define uma API comum de comunicação utilizando sockets, onde diferentes sockets podem estar no mesmo computador, ou em uma mesma rede local, ou até mesmo em redes diferentes dentro da Internet.

É aqui que temos a introdução ao TCP, que é um protocolo de comunicação via sockets. Portanto, para fazer um cliente se comunicar com um servidor, é preciso estabelecer endpoints de comunicação, que são basicamente sockets, e neste caso para a web, vamos utilizar sockets TCP.

Estes sockets são abertos tanto do lado do cliente, quanto no servidor. No servidor, estes sockets são mapeados em descritores de arquivos, que representam um número especial e reservado, também chamado de porta de comunicação:

sockets e tcp

Ok Leandro, consegui entender o conceito de sockets e TCP. Mas qual deveria ser o formato da mensagem na web?

Com vocês, o HTTP.

HTTP

HTTP é um protocolo de formato de mensagem que faz parte da camada de aplicação.

Com HTTP, a mensagem é definida seguindo padrões de hipertexto, que são basicamente documentos que podem ter ligações com outros documentos em sites diferentes.

Na web, o padrão segue um formato de headline, que contém o tipo de pedido, seguido de quebra de linhas com cabeçalhos de metadados e por fim, opcionalmente e dependendo do tipo de pedido, um corpo com a mensagem principal contendo majoritariamente HTML, CSS e Javascript.

tcp & http

Até agora, passamos por conceitos que formam a web. Como nosso exemplo de web server é bastante simples, estes fundamentos já são o suficiente para entrarmos na próxima seção, que é de fato escrever o web server em Assembly x86.

Como funciona um servidor web

Conforme vimos na seção anterior, arquitetura web passa por manipulação de sockets TCP.

Tal manipulação é feita via chamadas de sistema (syscalls) no sistema operacional, portanto, para darmos início ao servidor, vamos entender como devem ser criados os sockets a nível do OS.

4 syscalls para o resgate

Resumidamente temos que fazer 4 syscalls para termos um server operante, que são:

socket
A syscall socket é responsável por criar um endpoint de comunicação de rede e retornar um descritor de arquivo (fd) relativo ao endpoint criado.

Na libc, socket é referenciada pelo número 41 e tem a seguinte assinatura:



int socket(int domain, int type, int protocol)
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Lembrando que estamos utilizando arquitetura x86_64, ou x64

bind
bind atribui nome e porta ao socket previamente criado. Esta syscall na libc responde pelo número 49 e tem a assinatura a seguir:



int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen)
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

listen
A syscall listen marca o socket criado (precisa ser do tipo stream, no caso TCP) para aceitar conexões. É conhecida pelo número 50 e tem a seguinte assinatura em C:



int listen(int sockfd, int backlog)
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

accept
A syscall accept admite uma conexão de um cliente no socket e cria um novo socket de conexão específico para aquele cliente. Esta syscall, a princípio, bloqueia o programa e só continua a execução quando uma nova conexão com novo cliente é estabelecida.

É referenciada pelo número 288 e tem a seguinte assintaura:



int accept(int sockfd, struct *addr, int addrlen, int flags)
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Em resumo, tudo o que precisamos para criar um web server, independente do programa, linguagem de programação ou tecnologia, é de chamar estas 4 syscalls.

Não se engane, o teu servidor Express, Rails, Django ou NGINX, faz estas chamadas de sistema por baixo dos panos: socket, bind, listen e accept

Sem mais delongas, vamos ver como tudo isto se aplica naquilo que importa para esta saga: assembly.

Um server modesto em Assembly

Montar as syscalls para o web server em Assembly não é tão difícil quanto parece. Para começar, vamos fazer a primeira syscall, que é a socket.

Criando o socket

Como de costume, vamos montar as instruções de acordo com o manual e tabela de syscalls.

Já vimos na seção anterior quais são os números das syscalls e suas respectivas assinaturas na libc

Iniciamos definindo as constantes, apenas as necessárias para a syscall socket:



global _start

; syscalls constants
%define SYS_socket 41

; other constants
%define AF_INET 2
%define SOCK_STREAM 1
%define SOCK_PROTOCOL 0
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Após isto, vamos reservar 1 byte com a diretiva resb 1 que significa "reservar 1 byte". Este byte será utilizado para armazenar o número do descritor de arquivo que referencia o socket que vai ser criado.

Como não queremos inicializar o valor deste byte, não vamos colocar na seção .data como temos utilizado até o momento na saga, mas sim na seção .bss.

  • Na seção .data, ficam apenas dados inicializados
  • Na seção .bss, ficam os dados não-inicializados


section .bss
sockfd: resb 1
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Vamos relembrar o layout de memória:

layout de memória

Como vemos na imagem, a seção .bss vem a seguir a seção .data, ou seja, fica em endereços de memória mais altos que a seção .data.

Agora, vamos montar os registradores seguindo a convenção de chamada e a ordem dos parâmetros da função socket na libc:



section .text
_start:
.socket:
    ; int socket(int domain, int type, int protocol)
    mov rdi, AF_INET
    mov rsi, SOCK_STREAM
    mov rdx, SOCK_PROTOCOL
    mov rax, SYS_socket
    syscall
    mov [sockfd], rax 
.exit:
    mov rdi, 0
    mov rax, 60
    syscall
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode
  • domain: representa o domínio de comunicação. No caso queremos usar AF_INET, que significa IPv4, e tem o valor 2 conforme especificado no glibc
  • type: representa o tipo de comunicação, que no caso vamos usar SOCK_STREAM que é sequencial, confiável, duplex e baseado em conexão. O valor conforme glibc é 1
  • protocol: esta opção é usada no caso da utilização de um protocolo em específico. Neste caso, vamos deixar o valor como 0 que é o default para AF_INET e SOCK_STREAM, indicando que se trata de um socket TCP

Lembrando que existem sockets da família UNIX que não funcionam na camada de rede IP. É possível combinar socket UNIX com SOCK_STREAM, mas neste caso estamos combinando a família AF_INET (IPv4) com o tipo SOCK_STREAM (segmento de bytes, duplex), e esta combinação faz este socket ser TCP. Para mais detalhes sobre sockets, sugiro a leitura de um artigo que escrevi sobre UNIX Sockets

Vamos confirmar com GDB?



# Breakpoint na linha <syscall>
(gdb) break 22

(gdb) run

# Confirmando que os registradores estão com os valores corretos
# antes da execução da syscall...
(gdb) i r rdi rsi rdx rax
rdi            0x2                 2
rsi            0x1                 1
rdx            0x0                 0
rax            0x29                41

# Confirmando que `sockfd` continua com o valor zerado
(gdb) x &sockfd
0x402000 <sockfd>:      0x00000000

(gdb) next
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Após a execução da syscall, podemos ver que o retorno da função, que representa o descritor de arquivo conforme documentação, está armazenado no registrador RAX (de acordo com a convenção de chamada):



(gdb) i r rax
rax            0x3                 3

(gdb) next

(gdb) x &sockfd
0x402000 <sockfd>:      0x00000003
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Ou seja, após a syscall, temos em sockfd o número do socket que acabou de ser criado.

Executando com strace:



$ strace ./live

execve("./live", ["./live"], 0x7ffca20187e0 /* 24 vars */) = 0
socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP) = 3
exit(0)                                 = ?
+++ exited with 0 +++
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Sem erros, yay!

Vamos para a próxima syscall.

Fazendo bind no socket

Agora, é o momento de atribuir um endereço e uma porta como endpoint de comunicação para este socket. É para isto que serve a syscall bind.

Analisando a função:



; int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen)
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Podemos ver que um dos argumentos é um ponteiro para uma struct na memória. Vamos entender melhor cada argumento.

sockfd
Em sockfd vai o inteiro que representa o descritor do socket criado

sockaddr **addr*
Representa o ponteiro para o endereço de memória que contém uma estrutura de dados que, de acordo com este guia, contempla: family, port, ip_address, sin_zero, onde sin_zero é apenas padding de preenchimento de bytes.

Para arquitetura x64, esta estrutura deve conter 16 bytes no total, onde:

  • 2 bytes são para a família de protocolo

  • 2 bytes para a porta

  • 4 bytes para o endereço de IP

  • 8 bytes de padding para o sin_zero, ou seja, preencher os 8 bytes restantes com ZERO

addrlen: tamanho do sockaddr, e já sabemos que são 16 bytes

Uma vez entendidos os parâmetros da função, vamos montar a chamada.



%define SYS_bind 49

; Data types in asm
; (db) byte => 1 byte
; (dw) word => 2 bytes
; (dd) doubleword => 4 bytes
; (dq) quadword => 8 bytes

section .data
sockaddr: 
    family: dw AF_INET   ; 2 bytes
    port: dw 0x0BB8      ; 2 bytes (representa a porta 3000)
    ip_address: dd 0     ; 4 bytes
    sin_zero: dq 0       ; 8 bytes

.bind:
    ; int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen)
    mov rdi, [sockfd]
    mov rsi, sockaddr
    mov rdx, 16
    mov rax, SYS_bind
    syscall
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Ao validar com GDB, podemos ver que o sockaddr está armazenando a estrutura necessária para ser enviada no parâmetro sockaddr *addr da syscall:



# Breakpoint na syscall de bind
(gdb) break 38

(gdb) run

(gdb) x &sockaddr
0x402000 <family>:      0xb80b0002
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Se buscarmos os 2 primeiros bytes, confirmamos que é o valor 2 (repare que está invertido pois é o padrão little-endian da aquitetura x86_64:



(gdb) x /2xb &sockaddr
0x402000 <family>:      0x02    0x00
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Quanto à porta, queremos que o server responda no número 3000. Portanto, verificamos que os próximos 2 bytes representam a porta:



# Em hexadecimal, 3000 equivale a 0x0BB8, mas por causa do formato
# little-endian da arquitetura x86_64, estamos visualizando 0xB80B
(gdb) x /2xb (void*) &sockaddr+2
0x402002 <port>:        0xb8    0x0b
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Queremos também que o servidor responda no endereço de IP 0.0.0.0, então os próximos 4 bytes estarão todos a zero:



(gdb) x /4xb (void*) &sockaddr+4
0x402004 <ip_address>:  0x00    0x00    0x00    0x00
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

E, por fim, os 8 bytes restantes representando sin_zero, todos preenchidos com zero:



(gdb) x /8xb (void*) &sockaddr+8
0x402008 <sin_zero>:    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Vamos executar com strace:



$ strace ./live

execve("./live", ["./live"], 0x7ffd51ed4650 /* 24 vars */) = 0
socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP) = 3
bind(3, {sa_family=AF_INET, sin_port=htons(47115), sin_addr=inet_addr("0.0.0.0")}, 16) = 0
exit(0)                                 = ?
+++ exited with 0 +++
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Ouch! Apesar da função bind ter retornado 0 indicando que não houve erros, temos um pequeno problema. Repare que a porta não está sendo mapeada para o número 3000, e sim para 47115, conforme vemos em htons(47115).

Entendendo a implicação de endianess na syscall bind
htons é uma função de rede utilizada para converter a ordem dos bytes do programa antes de serem utilizados na rede. Como a internet utiliza big-endian, esta função converte a ordem utilizada na arquitetura (no caso da x86_64, little-endian) para o formato big-endian da rede.

Entretanto htons(47115) não é o valor que queremos. O que precisamos é que o mapeamendo seja htons(3000). Por quê isto está acontecendo?

O valor que colocamos em hexadecimal representando 3000 é 0x0BB8, mas se prestarmos atenção no GBD, o valor de fato armazenado está com os bytes invertidos para little-endian, que é 0xB80B. Ocorre que 0xB80B em decimal é 47115!!!!!! Aí que está o problema!

Precisamos então inverter os bytes no programa, e assim sendo o valor que será passado para a função htons fica corrigido.



....
section .data
sockaddr: 
    family: dw AF_INET   ; 2 bytes
    port: dw 0xB80B      ; 2 bytes (aqui invertemos os bytes)
    ip_address: dd 0     ; 4 bytes
    sin_zero: dq 0       ; 8 bytes
....
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

E analisando novamente com GDB:



# Agora sim, apesar de estar invertido, é exatamente este valor que
# queremos que seja passado para htons: 0x0BB8 em decimal é 3000
(gdb) x /2xb (void*) &sockaddr+2
0x402002 <port>:        0x0b    0xb8
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Executando novamente com strace:



$ strace ./live

execve("./live", ["./live"], 0x7ffd51ed4650 /* 24 vars */) = 0
socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP) = 3
bind(3, {sa_family=AF_INET, sin_port=htons(3000), sin_addr=inet_addr("0.0.0.0")}, 16) = 0
exit(0)                                 = ?
+++ exited with 0 +++
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Superb! Podemos ver que a syscall bind foi executada com os parâmetros corretamente, inclusive o htons(3000), então retornando 0, que indica que não houve qualquer erro.

Preparando para receber conexões

Próximo passo consiste em preparar o socket para receber conexões, que basicamente é chamar a função listen:



%define SYS_listen 50
%define BACKLOG 2

.listen:
    ; int listen(int sockfd, int backlog)
    mov rdi, [sockfd]
    mov rsi, BACKLOG
    mov rax, SYS_listen
    syscall
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Onde BACKLOG significa a quantidade de conexões "pendentes" no socket. Executamos com strace e:



$ strace ./live

execve("./live", ["./live"], 0x7ffe6b4eea30 /* 24 vars */) = 0
socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP) = 3
bind(3, {sa_family=AF_INET, sin_port=htons(3000), sin_addr=inet_addr("0.0.0.0")}, 16) = 0
listen(3, 2)                            = 0
exit(0)                                 = ?
+++ exited with 0 +++
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Que noite maravilhosa! Listen funcionou lindamente, afinal, é uma função muito simples. Agora, hora de aceitar conexões de clientes no socket.

Chegou o momento de aceitar clientes

O grande momento chegou. Vamos montar as instruções da syscall accept, que de acordo com a função em libc, recebe um socket como primeiro argumento e os demais são opcionais.



%define SYS_accept 288

.accept:
    ; int accept(int sockfd, struct *addr, int addrlen, int flags)
    mov rdi, [sockfd]
    mov rsi, 0              ; não precisa estabelecer um addr
    mov rdx, 0              ; não precisa do tamanho uma vez que não há addr
    mov r10, 0
    mov rax, SYS_accept
    syscall
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Se executarmos com GDB, podemos ver que o resultado da syscall fica bloqueado até que uma conexão seja feita:



# Breakpoint na syscall de socket
(gdb) break 55

(gdb) run
(gdb) next
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

O programa está parado na syscall de socket, aguardando resposta do kernel. Para que o kernel responda e o programa continue a execução, é preciso realizar um pedido usando um HTTP client, e neste caso vamos usar o curl:



$ curl localhost:3000
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Repare que o programa continuou a execução. Vamos ver a resposta que está em RAX:



(gdb) i r rax
rax            0x4                 4

# Um número diferente do sockfd, que é o socket criado pelo server
(gdb) x &sockfd
0x402010 <sockfd>:      0x00000003
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Podemos ver que é um número diferente (RAX contém 4 e sockfd contém 3). De acordo com a documentação, este é o número do descritor que representa um novo socket criado para comunicação entre um cliente específico e o servidor.

Vamos mover o valor de RAX para R8, apenas para preservar o socket, uma vez que RAX será usado novamente por outras syscalls de accept:



mov r8, rax             ; client socket
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Resposta do servidor e fechamento da conexão

Uma outra coisa importante a se fazer é fechar a conexão com este socket do cliente depois de ter processado e respondido a requisição.

Vamos implementar a subrotina .write, que escreve a resposta na conexão (socket) do cliente:



%define SYS_write 1

%define CR 0xD
%define LF 0xA

section .data
response: 
    headline: db "HTTP/1.1 200 OK", CR, LF
    content_type: db "Content-Type: text/html", CR, LF
    content_length: db "Content-Length: 22", CR, LF
    crlf: db CR, LF
    body: db "<h1>Hello, World!</h1>"
responseLen: equ $ - response

section .text
...
.write:
    ; int write(int fd, buffer *bf, int bfLen)
    mov rdi, r8
    mov rsi, response
    mov rdx, responseLen
    mov rax, SYS_write
    syscall
    ret
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

No exemplo acima, assumimos que a string de resposta HTTP aponta para uma estrutura na memória, definida em .data.

Atenção para CR (carriage return), LF (line feed) que são constantes que representam \r\n que são separadores de linhas definidos pelo protocolo HTTP

Agora, definir a subrotina .close, que fecha a conexão com o cliente:



%define SYS_close 3

section .text
...
.close:
    ; int close(int fd)
    mov rdi, r8
    mov rax, SYS_close
    syscall
    ret
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Ligando tudo no accept:



section .text
....
.accept:
    ; int accept(int sockfd, struct *addr, int addrlen, int flags)
    mov rdi, [sockfd]
    mov rsi, 0              ; não precisa estabelecer um addr
    mov rdx, 0              ; não precisa do tamanho uma vez que não há addr
    mov r10, 0
    mov rax, SYS_accept
    syscall
    mov r8, rax             ; client socket
    call .write             ; escreve no socket
    call .close             ; fecha o socket
    jmp .exit               ; termina o programa
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

E agora, vamos executar o programa com strace:



$ strace ./live

execve("./live", ["./live"], 0x7ffd811567c0 /* 24 vars */) = 0
socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP) = 3
bind(3, {sa_family=AF_INET, sin_port=htons(3000), sin_addr=inet_addr("0.0.0.0")}, 16) = 0
listen(3, 2)                            = 0
accept4(3, NULL, NULL, 0
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode
  • primeiro foi feita a syscall socket
  • a seguir foi feito o bind
  • depois o listen
  • e por fim, o accept ficou bloqueado a espera de uma requisição

Em outra janela, vamos fazer a requisição:



$ curl localhost:3000
<h1>Hello, World!</h1>
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

E no servidor, a saída do strace no final ficou assim:



write(4, "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type: t"..., 86) = 86
close(4)                                = 0
exit(0)                                 = ?
+++ exited with 0 +++
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Escreveu a resposta com write, fechou a conexão com close, e depois terminou o programa com exit.

Como não ficar feliz?

Mas o servidor deve ficar em loop, não?

Sim, o servidor deve ficar em loop, portanto ao invés de fazer o jmp .exit, fazemos jmp .accept na última linha da procedure:



...
.accept:
    ; int accept(int sockfd, struct *addr, int addrlen, int flags)
    mov rdi, [sockfd]
    mov rsi, 0              ; não precisa estabelecer um addr
    mov rdx, 0              ; não precisa do tamanho uma vez que não há addr
    mov r10, 0
    mov rax, SYS_accept
    syscall
    mov r8, rax             ; client socket
    call .write
    call .close
    jmp .accept             ; <-- MUDANÇA AQUI, mantém o server em loop infinito
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Assim, o server nunca termina, e quando uma conexão com um cliente é fechada, voltamos no início do loop e ficamos a espera de nova conexão na syscall accept.

Código final do server:



global _start

%define SYS_socket 41
%define SYS_bind 49
%define SYS_listen 50
%define SYS_accept 288
%define SYS_write 1
%define SYS_close 3

%define AF_INET 2
%define SOCK_STREAM 1
%define SOCK_PROTOCOL 0
%define BACKLOG 2
%define CR 0xD
%define LF 0xA

; Data types in asm
; byte => 1 byte
; word => 2 bytes
; doubleword => 4 bytes
; quadword => 8 bytes

section .data
sockaddr: 
    family: dw AF_INET   ; 2 bytes
    port: dw 0xB80B      ; 2 bytes (47115 big endian becomes 3000 little endian)
    ip_address: dd 0     ; 4 bytes
    sin_zero: dq 0       ; 8 bytes
sockaddrLen: equ $ - sockaddr
response: 
    headline: db "HTTP/1.1 200 OK", CR, LF
    content_type: db "Content-Type: text/html", CR, LF
    content_length: db "Content-Length: 22", CR, LF
    crlf: db CR, LF
    body: db "<h1>Hello, World!</h1>"
responseLen: equ $ - response

section .bss
sockfd: resb 1

section .text
_start:
.socket:
    ; int socket(int domain, int type, int protocol)
    mov rdi, AF_INET
    mov rsi, SOCK_STREAM
    mov rdx, SOCK_PROTOCOL
    mov rax, SYS_socket
    syscall
    mov [sockfd], rax 
.bind:
    ; int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen)
    mov rdi, [sockfd]
    mov rsi, sockaddr
    mov rdx, sockaddrLen
    mov rax, SYS_bind
    syscall
.listen:
    ; int listen(int sockfd, int backlog)
    mov rdi, [sockfd]
    mov rsi, BACKLOG
    mov rax, SYS_listen
    syscall
.accept:
    ; int accept(int sockfd, struct *addr, int addrlen, int flags)
    mov rdi, [sockfd]
    mov rsi, 0              ; não precisa estabelecer um addr
    mov rdx, 0              ; não precisa do tamanho uma vez que não há addr
    mov r10, 0
    mov rax, SYS_accept
    syscall
    mov r8, rax             ; client socket
    call .write
    call .close
    jmp .accept
.write:
    ; int write(int fd, buffer *bf, int bfLen)
    mov rdi, r8
    mov rsi, response
    mov rdx, responseLen
    mov rax, SYS_write
    syscall
    ret
.close:
    ; int close(int fd)
    mov rdi, r8
    mov rax, SYS_close
    syscall
    ret
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Executando tudo com strace e temos:



$ strace ./live

execve("./live", ["./live"], 0x7fff9fde7840 /* 24 vars */) = 0
socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP) = 3
bind(3, {sa_family=AF_INET, sin_port=htons(3000), sin_addr=inet_addr("0.0.0.0")}, 16) = 0
listen(3, 2)                            = 0
accept4(3, NULL, NULL, 0)               = 4
write(4, "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type: t"..., 86) = 86
close(4)                                = 0
accept4(3, NULL, NULL, 0)               = 4
write(4, "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type: t"..., 86) = 86
close(4)                                = 0
accept4(3, NULL, NULL, 0)               = 4
write(4, "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type: t"..., 86) = 86
close(4)                                = 0
accept4(3, NULL, NULL, 0
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

No lado do cliente:




$ curl localhost:3000

<h1>Hello, World!</h1>



$ curl localhost:3000

<h1>Hello, World!</h1>



$ curl localhost:3000

<h1>Hello, World!</h1>
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode




Com vocês, o web browser

Esta saga não teria nenhuma graça se não fosse pra ser executada em um web browser, afinal estamos falando de um web server, não?

final hello world

Conclusão

Incrivelmente chegamos no final da construção de um modesto web server. Aqui aprendemos conceitos sobre sockets, TCP e HTTP, com uma pitada leve de HTML.

Fala aí, quem não já conhecia a tag H1 do HTML? kk

Para além de termos visto sobre as syscalls de rede socket, bind, listen e accept em Assembly.

Ainda não chegamos ao fim da saga, pelo que no próximo artigo iremos abordar a criação de threads e aprender sobre alocação dinâmica de memória para as threads.

Stay tuned!

Agradecimentos a Rodrigo Gonçalves de Branco por ter revisado este artigo com o devido rigor

Referências


Building a web server in Bash
https://dev.to/leandronsp/series/19120
OSI Model
https://en.wikipedia.org/wiki/OSI_model
TCP
https://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_Control_Protocol
Berkeley Sockets
https://en.wikipedia.org/wiki/Berkeley_sockets
HTTP
https://en.wikipedia.org/wiki/HTTP
struct sockaddr_in
https://www.gta.ufrj.br/ensino/eel878/sockets/sockaddr_inman.html

Top comments (3)

Collapse
 
plinio_guimares profile image
Plinio Guimarães •

Lembrei da época do DOS 5 quando eu tive que criar pacotes IP/IPX/UDP para enviar dados de monitoramento de equipamentos pela rede Novell e converter num servidor Windows NT. O detalhe é que não existiam funções no DOS para isso. Eu tive que usar uma API da Novell Network e outra da Lantastic para entender como definir os frames dos pacotes de rede (endereçamentos, flags, tipos, tamanhos, TTL, etc e a área de dados). Tudo num misto de programas assembly, C, Turbo Pascal e Delphi. Bons tempos aqueles onde a gente tirava "água de pedra", ou melhor, transformava um 386 num servidor web e aplicações que funcionavam 24/7 durante anos.
Muito bom seu artigo, gostei.

Collapse
 
leandronsp profile image
Leandro Proença • • Edited

opa, valeu Plinio! relatos de quem é raiz hein, mto bom, experiência boa essa aí

Collapse
 
adaiasmagdiel profile image
Adaías Magdiel •

Que incrível! Estou acompanhando a saga e estou achando o máximo! Obrigado, Leandro, por esse conteúdo fantástico

Read next

juarezasjunior profile image

Serialização e Desserialização de Objetos com Newtonsoft.Json

Juarez Júnior -

xornotor profile image

Representação numérica na computação

And Paiva -

ilanvinogard profile image

Building a 32-Bit Operating System: A Beginner-Friendly Project

IlanVinogard -

orkhanhuseyn profile image

A gentle introduction to signed integer representation

Orkhan Huseynli -