CGI和FastCgi

一 CGI

CGI定义

最早的Web服务器简单地响应浏览器发来的HTTP请求，并将存储在服务器上的HTML文件返回给浏览器，也就是静态html。事物总是不断发展，网站也越来越复杂，所以出现动态技术。但是服务器并不能直接运行 php，asp这样的文件，自己不能做，外包给别人吧，但是要与第三做个约定，我给你什么，然后你给我什么，就是握把请求参数发送给你，然后我接收你的处理结果给客户端。那这个约定就是 common gateway interface，简称cgi。cgi是一种协议，而不是语言。

通用网关接口（Common Gateway Interface/CGI）是一种重要的互联网技术，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描述了服务器和请求处理程序之间传输数据的一种标准。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。

CGI流程

cgi的处理流程如下图所示：

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
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
cgi程将处理结果通过标准输出、标准错误，传递给web 服务器
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程序交互

WEB服务器将根据CGI程序的类型决定数据向CGI程序的传送方式，一般来讲是通过标准输入/输出流和环境变量来与CGI程序间传递数据。如下图所示：

CGI程序通过标准输入（STDIN）和标准输出（STDOUT）来进行输入输出。此外CGI程序还通过环境变量来得到输入，操作系统提供了许多环境变量，它们定义了程序的执行环境，应用程序可以存取它们。Web服务器和CGI接口又另外设置了一些环境变量，用来向CGI程序传递一些重要的参数。CGI的GET方法还通过环境变量QUERY-STRING向CGI程序传递Form中的数据。

环境变量

变量名	描述
CONTENT_TYPE	这个环境变量的值指示所传递来的信息的MIME类型。目前，环境变量CONTENT_TYPE一般都是：application/x-www-form-urlencoded,他表示数据来自于HTML表单。
CONTENT_LENGTH	如果服务器与CGI程序信息的传递方式是POST，这个环境变量即使从标准输入STDIN中可以读到的有效数据的字节数。这个环境变量在读取所输入的数据时必须使用。
HTTP_COOKIE	客户机内的 COOKIE 内容。
HTTP_USER_AGENT	提供包含了版本数或其他专有数据的客户浏览器信息。
PATH_INFO	这个环境变量的值表示紧接在CGI程序名之后的其他路径信息。它常常作为CGI程序的参数出现。
QUERY_STRING	如果服务器与CGI程序信息的传递方式是GET，这个环境变量的值即使所传递的信息。这个信息经跟在CGI程序名的后面，两者中间用一个问号'?'分隔。
REMOTE_ADDR	这个环境变量的值是发送请求的客户机的IP地址，例如上面的192.168.1.67。这个值总是存在的。而且它是Web客户机需要提供给Web服务器的唯一标识，可以在CGI程序中用它来区分不同的Web客户机。
REMOTE_HOST	这个环境变量的值包含发送CGI请求的客户机的主机名。如果不支持你想查询，则无需定义此环境变量。
REQUEST_METHOD	提供脚本被调用的方法。对于使用 HTTP/1.0 协议的脚本，仅 GET 和 POST 有意义。
SCRIPT_FILENAME	CGI脚本的完整路径
SCRIPT_NAME	CGI脚本的的名称
SERVER_NAME	这是你的 WEB 服务器的主机名、别名或IP地址。
SERVER_SOFTWARE	这个环境变量的值包含了调用CGI程序的HTTP服务器的名称和版本号。例如，上面的值为Apache/2.2.14(Unix)

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。

FastCgi

CGI工作原理：每当客户请求CGI的时候，WEB服务器就请求操作系统生成一个新的CGI解释器进程(如php-cgi.exe)，CGI 的一个进程则处理完一个请求后退出，下一个请求来时再创建新进程。当然，这样在访问量很少没有并发的情况也行。可是当访问量增大，并发存在，这种方式就不适合了。于是就有了fastcgi。
FastCGI像是一个常驻(long-live)型的CGI，它可以一直执行着，只要激活后，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）。

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。

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。

一般情况下，FastCgi的整个工作流程如下：

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
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。
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。
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。
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)。

关于nginx cgi/fastcgi和fastcgi程序的编写，可以参考下面的文章

http://www.cnblogs.com/liuzhang/p/3929198.html

http://www.ivpeng.com/pblog/detailed-fastcgi.html

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