[转] Nginx + CGI/FastCGI + C/Cpp

接着上篇《Nginx安装与使用》，本篇介绍CGI/FASTCGI的原理、及如何使用C/C++编写简单的CGI/FastCGI，最后将CGI/FASTCGI部署到nginx。内容大纲如下：

1.     CGI

1.1.     环境变量

1.2.     标准输入

2.     FastCGI

参考链接

1.CGI

通用网关接口（Common Gateway Interface/CGI）描述了客户端和服务器程序之间传输数据的一种标准，可以让一个客户端，从网页浏览器向执行在网络服务器上的程序请求数据。CGI 独立于任何语言的，CGI 程序可以用任何脚本语言或者是完全独立编程语言实现，只要这个语言可以在这个系统上运行。Unix shell script, Python, Ruby, PHP, perl, Tcl, C/C++, 和 Visual Basic 都可以用来编写 CGI 程序。(http://www.dwz.cn/yFFgQ)

最初，CGI 是在 1993 年由美国国家超级电脑应用中心（NCSA）为 NCSA HTTPd Web 服务器开发的。这个 Web 服务器使用了 UNIX shell 环境变量 来保存从 Web 服务器传递出去的参数，然后生成一个运行 CGI 的独立的进程。cgi的处理流程如下图所示：

l   step1. web 服务器收到客户端（浏览器）的请求Http Request，启动CGI程序，并通过环境变量、标准输入传递数据

l   step2. cgi进程启动解析器、加载配置（如业务相关配置）、连接其它服务器（如数据库服务器）、逻辑处理等

l   step3. cgi程将处理结果通过标准输出、标准错误，传递给web 服务器

l   step4. web 服务器收到cgi返回的结果，构建Http Response返回给客户端，并杀死cgi进程

web服务器与cgi通过环境变量、标准输入、标准输出、标准错误互相传递数据。

1.1.环境变量

GET请求，它将数据打包放置在环境变量QUERY_STRING中，CGI从环境变量QUERY_STRING中获取数据。常见的环境变量如下表所示：

环境变数	内容
AUTH_TYPE	存取认证类型。
CONTENT_LENGTH	由标准输入传递给CGI程序的数据长度，以bytes或字元数来计算。
CONTENT_TYPE	请求的MIME类型。
GATEWAY_INTERFACE	服务器的CGI版本编号。
HTTP_ACCEPT	浏览器能直接接收的Content-types, 可以有HTTP Accept header定义.
HTTP_USER_AGENT	递交表单的浏览器的名称、版本 和其他平台性的附加信息。
HTTP_REFERER	递交表单的文本的 URL，不是所有的浏览器都发出这个信息，不要依赖它
PATH_INFO	传递给cgi程式的路径信息。
QUERY_STRING	传递给CGI程式的请求参数，也就是用"?"隔开，添加在URL后面的字串。
REMOTE_ADDR	client端的host名称。
REMOTE_HOST	client端的IP位址。
REMOTE_USER	client端送出来的使用者名称。
REMOTE_METHOD	client端发出请求的方法（如get、post）。
SCRIPT_NAME	CGI程式所在的虚拟路径，如/cgi-bin/echo。
SERVER_NAME	server的host名称或IP地址。
SERVER_PORT	收到request的server端口。
SERVER_PROTOCOL	所使用的通讯协定和版本编号。
SERVER_SOFTWARE	server程序的名称和版本。

1.2.标准输入

环境变量的大小是有一定的限制的，当需要传送的数据量大时，储存环境变量的空间可能会不足，造成数据接收不完全，甚至无法执行CGI程序。因此后来又发展出另外一种方法：POST，也就是利用I/O重新导向的技巧，让CGI程序可以由STDIN和STDOUT直接跟浏览器沟通。

当我们指定用这种方法传递请求的数据时，web 服务器收到数据后会先放在一块输入缓冲区中，并且将数据的大小记录在CONTENT_LENGTH这个环境变数，然后调用CGI程式并将CGI程序的STDIN指向这块缓冲区，于是我们就可以很顺利的通过STDIN和环境变数CONTENT_LENGTH得到所有的资料，再没有资料大小的限制了。

总结：CGI使外部程序与Web服务器之间交互成为可能。CGI程式运行在独立的进程中，并对每个Web请求建立一个进程，这种方法非常容易实现，但效率很差，难以扩展。面对大量请求，进程的大量建立和消亡使操作系统性能大大下降。此外，由于地址空间无法共享，也限制了资源重用。

2.FastCGI

快速通用网关接口（Fast Common Gateway Interface／FastCGI）是通用网关接口（CGI）的改进，描述了客户端和服务器程序之间传输数据的一种标准。FastCGI致力于减少Web服务器与CGI程式之间互动的开销，从而使服务器可以同时处理更多的Web请求。与为每个请求创建一个新的进程不同，FastCGI使用持续的进程来处理一连串的请求。这些进程由FastCGI进程管理器管理，而不是web服务器。(http://www.dwz.cn/yFMap)

当进来一个请求时，Web 服务器把环境变量和这个页面请求通过一个unix domain socket(都位于同一物理服务器）或者一个IP Socket（FastCGI部署在其它物理服务器）传递给FastCGI进程。

l  step1. Web 服务器启动时载入初始化FastCGI执行环境 。 例如IIS ISAPI、apache mod_fastcgi、nginx ngx_http_fastcgi_module、lighttpd mod_fastcgi

l  step2. FastCGI进程管理器自身初始化，启动多个CGI解释器进程并等待来自Web 服务器的连接。启动FastCGI进程时，可以配置以ip和UNIX 域socket两种方式启动。

l  step3. 当客户端请求到达Web 服务器时， Web 服务器将请求采用socket方式转发到 FastCGI主进程，FastCGI主进程选择并连接到一个CGI解释器。Web 服务器将CGI环境变量和标准输入发送到FastCGI子进程。

l  step4. FastCGI子进程完成处理后将标准输出和错误信息从同一socket连接返回Web 服务器。当FastCGI子进程关闭连接时，请求便处理完成。

l  step5. FastCGI子进程接着等待并处理来自Web 服务器的下一个连接。

由于 FastCGI 程序并不需要不断的产生新进程，可以大大降低服务器的压力并且产生较高的应用效率。它的速度效率最少要比CGI 技术提高 5 倍以上。它还支持分布式的部署， 即 FastCGI 程序可以在web 服务器以外的主机上执行。

总结：CGI 就是所谓的短生存期应用程序，FastCGI 就是所谓的长生存期应用程序。FastCGI像是一个常驻(long-live)型的CGI，它可以一直执行着，不会每次都要花费时间去fork一次(这是CGI最为人诟病的fork-and-execute 模式)。

参考链接

l  CGI, http://www.dwz.cn/yFFgQ

l  fastcgi, http://www.dwz.cn/yFMap

l  spawn-fcgi, http://redmine.lighttpd.net/projects/spawn-fcgi/wiki

l  fcgi, http://www.fastcgi.com/drupal/node/6?q=node/21

l  fcgiwrap, https://github.com/gnosek/fcgiwrap.git