Nginx + CGI/FastCGI + C/Cpp
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Nginx + CGI/FastCGI + C/Cpp
2014-12-19 11:05 by 吳秦,?19794?閱讀,?6?評論,?收藏,?編輯
接著上篇《Nginx安裝與使用》，本篇介紹CGI/FASTCGI的原理、及如何使用C/C++編寫簡單的CGI/FastCGI，最后將CGI/FASTCGI部署到nginx。內容大綱如下：
1.?????CGI
1.1.?????環境變量
1.2.?????標準輸入
2.?????FastCGI
3. nginx cgi/fastcgi
3.1. nginx + fastcgi
3.1.1. spawn-fcgi
3.1.2.?編寫fastcgi應用程序
3.1.3. nginx fastcgi配置
3.2. nginx + cgi
3.2.1 fastcgi-wrapper
3.2.2. nginx?fcgiwrap配置
3.2.3.?編寫cgi應用程序
參考鏈接
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1.CGI
通用網關接口（Common?Gateway?Interface/CGI）描述了客戶端和服務器程序之間傳輸數據的一種標準，可以讓一個客戶端，從網頁瀏覽器向執行在網絡服務器上的程序請求數據。CGI?獨立于任何語言的，CGI?程序可以用任何腳本語言或者是完全獨立編程語言實現，只要這個語言可以在這個系統上運行。Unix shell?script,?Python,?Ruby,?PHP, perl,?Tcl,?C/C++,和?Visual Basic?都可以用來編寫?CGI?程序。(http://www.dwz.cn/yFFgQ)
最初，CGI?是在?1993?年由美國國家超級電腦應用中心（NCSA）為?NCSA HTTPd?Web?服務器開發的。這個?Web?服務器使用了?UNIX?shell?環境變量?來保存從?Web?服務器傳遞出去的參數，然后生成一個運行?CGI?的獨立的進程。cgi的處理流程如下圖所示：
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l???step1.?web?服務器收到客戶端（瀏覽器）的請求Http Request，啟動CGI程序，并通過環境變量、標準輸入傳遞數據
l???step2. cgi進程啟動解析器、加載配置（如業務相關配置）、連接其它服務器（如數據庫服務器）、邏輯處理等
l???step3. cgi程將處理結果通過標準輸出、標準錯誤，傳遞給web?服務器
l???step4. web?服務器收到cgi返回的結果，構建Http Response返回給客戶端，并殺死cgi進程
web服務器與cgi通過環境變量、標準輸入、標準輸出、標準錯誤互相傳遞數據。
1.1.環境變量
GET請求，它將數據打包放置在環境變量QUERY_STRING中，CGI從環境變量QUERY_STRING中獲取數據。常見的環境變量如下表所示：
| 環境變數 | 內容 |
| AUTH_TYPE | 存取認證類型。 |
| CONTENT_LENGTH | 由標準輸入傳遞給CGI程序的數據長度，以bytes或字元數來計算。 |
| CONTENT_TYPE | 請求的MIME類型。 |
| GATEWAY_INTERFACE | 服務器的CGI版本編號。 |
| HTTP_ACCEPT | 瀏覽器能直接接收的Content-types,?可以有HTTP Accept header定義. |
| HTTP_USER_AGENT | 遞交表單的瀏覽器的名稱、版本?和其他平臺性的附加信息。 |
| HTTP_REFERER | 遞交表單的文本的?URL，不是所有的瀏覽器都發出這個信息，不要依賴它 |
| PATH_INFO | 傳遞給cgi程式的路徑信息。 |
| QUERY_STRING | 傳遞給CGI程式的請求參數，也就是用"?"隔開，添加在URL后面的字串。 |
| REMOTE_ADDR | client端的host名稱。 |
| REMOTE_HOST | client端的IP位址。 |
| REMOTE_USER | client端送出來的使用者名稱。 |
| REMOTE_METHOD | client端發出請求的方法（如get、post）。 |
| SCRIPT_NAME | CGI程式所在的虛擬路徑，如/cgi-bin/echo。 |
| SERVER_NAME | server的host名稱或IP地址。 |
| SERVER_PORT | 收到request的server端口。 |
| SERVER_PROTOCOL | 所使用的通訊協定和版本編號。 |
| SERVER_SOFTWARE | server程序的名稱和版本。 |
1.2.標準輸入
環境變量的大小是有一定的限制的，當需要傳送的數據量大時，儲存環境變量的空間可能會不足，造成數據接收不完全，甚至無法執行CGI程序。因此后來又發展出另外一種方法：POST，也就是利用I/O重新導向的技巧，讓CGI程序可以由STDIN和STDOUT直接跟瀏覽器溝通。 當我們指定用這種方法傳遞請求的數據時，web 服務器收到數據后會先放在一塊輸入緩沖區中，并且將數據的大小記錄在CONTENT_LENGTH這個環境變數，然后調用CGI程式并將CGI程序的STDIN指向這塊緩沖區，于是我們就可以很順利的通過STDIN和環境變數CONTENT_LENGTH得到所有的資料，再沒有資料大小的限制了。 ?總結：CGI使外部程序與Web服務器之間交互成為可能。CGI程式運行在獨立的進程中，并對每個Web請求建立一個進程，這種方法非常容易實現，但效率很差，難以擴展。面對大量請求，進程的大量建立和消亡使操作系統性能大大下降。此外，由于地址空間無法共享，也限制了資源重用。
2.FastCGI
快速通用網關接口（Fast Common Gateway Interface／FastCGI）是通用網關接口（CGI）的改進，描述了客戶端和服務器程序之間傳輸數據的一種標準。FastCGI致力于減少Web服務器與CGI程式之間互動的開銷，從而使服務器可以同時處理更多的Web請求。與為每個請求創建一個新的進程不同，FastCGI使用持續的進程來處理一連串的請求。這些進程由FastCGI進程管理器管理，而不是web服務器。(http://www.dwz.cn/yFMap)
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當進來一個請求時，Web?服務器把環境變量和這個頁面請求通過一個unix domain socket(都位于同一物理服務器）或者一個IP Socket（FastCGI部署在其它物理服務器）傳遞給FastCGI進程。
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l??step1. Web?服務器啟動時載入初始化FastCGI執行環境?。?例如IIS ISAPI、apache mod_fastcgi、nginx ngx_http_fastcgi_module、lighttpd mod_fastcgi
l??step2. FastCGI進程管理器自身初始化，啟動多個CGI解釋器進程并等待來自Web?服務器的連接。啟動FastCGI進程時，可以配置以ip和UNIX?域socket兩種方式啟動。?
l??step3.?當客戶端請求到達Web?服務器時，?Web?服務器將請求采用socket方式轉發到?FastCGI主進程，FastCGI主進程選擇并連接到一個CGI解釋器。Web?服務器將CGI環境變量和標準輸入發送到FastCGI子進程。
l??step4. FastCGI子進程完成處理后將標準輸出和錯誤信息從同一socket連接返回Web?服務器。當FastCGI子進程關閉連接時，請求便處理完成。
l??step5. FastCGI子進程接著等待并處理來自Web?服務器的下一個連接。
由于?FastCGI?程序并不需要不斷的產生新進程，可以大大降低服務器的壓力并且產生較高的應用效率。它的速度效率最少要比CGI?技術提高?5?倍以上。它還支持分布式的部署，?即?FastCGI程序可以在web?服務器以外的主機上執行。
總結：CGI?就是所謂的短生存期應用程序，FastCGI?就是所謂的長生存期應用程序。FastCGI像是一個常駐(long-live)型的CGI，它可以一直執行著，不會每次都要花費時間去fork一次(這是CGI最為人詬病的fork-and-execute?模式)。
3.nginx cgi/fastcgi
nginx?不能像apache那樣直接執行外部可執行程序，但nginx可以作為代理服務器，將請求轉發給后端服務器，這也是nginx的主要作用之一。其中nginx就支持FastCGI代理，接收客戶端的請求，然后將請求轉發給后端fastcgi進程。下面介紹如何使用C/C++編寫cgi/fastcgi，并部署到nginx中。
3.1.?nginx + fastcgi
通過前面的介紹知道，fastcgi進程由FastCGI進程管理器管理，而不是nginx。這樣就需要一個FastCGI管理，管理我們編寫fastcgi程序。本文使用spawn-fcgi作為FastCGI進程管理器。
3.1.1.?spawn-fcgi
spawn-fcgi是一個通用的FastCGI進程管理器，簡單小巧，原先是屬于lighttpd的一部分，后來由于使用比較廣泛，所以就遷移出來作為獨立項目了。spawn-fcgi使用pre-fork?模型，功能主要是打開監聽端口，綁定地址，然后fork-and-exec創建我們編寫的fastcgi應用程序進程，退出完成工作。fastcgi應用程序初始化，然后進入死循環偵聽socket的連接請求。
安裝spawn-fcgi：
l??獲取spawn-fcgi編譯安裝包，在http://redmine.lighttpd.net/projects/spawn-fcgi/wiki上可以獲取當前最新的版本。
l??解壓縮spawn-fcgi-x.x.x.tar.gz包。
l??進入解壓縮目錄，執行./configure。
l??make & make install
如果遇到以下錯誤：“?./autogen.sh: x: autoreconf: not found”，因為沒有安裝automake?工具，ubuntu用下面的命令安裝好就可以了：sudo apt-get install autoconf automake libtool?。
spawn-fcgi的幫助信息可以通過man spawn-fcgi或spawn-fcgi?–h獲得，下面是部分常用spawn-fcgi參數信息：
| -f <fcgiapp>?指定調用FastCGI的進程的執行程序位置 -a <addr>?綁定到地址addr。 -p <port>?綁定到端口port。 -s <path>?綁定到unix domain socket -C <childs>?指定產生的FastCGI的進程數，默認為5。（僅用于PHP） -P <path>?指定產生的進程的PID文件路徑。 -F <childs>?指定產生的FastCGI的進程數（C的CGI用這個） -u和-g FastCGI使用什么身份（-u?用戶?-g?用戶組）運行，CentOS下可以使用apache用戶，其他的根據情況配置，如nobody、www-data等。 |
3.1.2.?編寫fastcgi應用程序
使用C/C++編寫fastcgi應用程序，可以使用FastCGI軟件開發套件或者其它開發框架，如fastcgi++。
本文使用FastCGI軟件開發套件——fcgi（http://www.fastcgi.com/drupal/node/6?q=node/21），通過此套件可以輕松編寫fastcgi應用程序，安裝fcgi：
l??獲取fcgi編譯安裝包，在http://www.fastcgi.com/drupal/node/5上可以獲取當前最新的版本。
l??解壓縮fcgi-x.x.x.tar.gz包。
l??進入解壓縮目錄，執行./configure。
l??make & make install
如果編譯提示一下錯誤：
fcgio.cpp: In destructor 'virtual fcgi_streambuf::~fcgi_streambuf()':
fcgio.cpp:50: error: 'EOF' was not declared in this scopefcgio.cpp: In member function 'virtual int fcgi_streambuf::overflow(int)':
fcgio.cpp:70: error: 'EOF' was not declared in this scope
fcgio.cpp:75: error: 'EOF' was not declared in this scope
fcgio.cpp: In member function 'virtual int fcgi_streambuf::sync()':
fcgio.cpp:86: error: 'EOF' was not declared in this scope
fcgio.cpp:87: error: 'EOF' was not declared in this scope
fcgio.cpp: In member function 'virtual int fcgi_streambuf::underflow()':
fcgio.cpp:113: error: 'EOF' was not declared in this scope
make[2]: *** [fcgio.lo] Error 1
make[2]: Leaving directory `/root/downloads/fcgi-2.4.1-SNAP-0910052249/libfcgi'
make[1]: *** [all-recursive] Error 1
make[1]: Leaving directory `/root/downloads/fcgi-2.4.1-SNAP-0910052249'
make: *** [all] Error 2
解決辦法：在/include/fcgio.h文件中加上?#include <cstdio>，然后再編譯安裝就通過了。
如果提示找不到動態庫，請在LD_LIBRARY_PATH或/etc/ld.so.conf中添加fcgi的安裝路徑，如/usr/local/lib，并執行ldconfig更新一下。
#include?"fcgi_stdio.h"
#include?<stdlib.h>
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int?main(void)
{
????int?count?= 0;
????while?(FCGI_Accept() >= 0)
????????printf("Content-type: text/html\r\n"
????????"\r\n"
????????"<title>FastCGI Hello!</title>"
????????"<h1>FastCGI Hello!</h1>"
????????"Request number %d running on host <i>%s</i>\n",
????????++count,?getenv("SERVER_NAME"));
????return?0;
} ?編譯g++ main.cpp -o demo –lfcgi，并將demo部署到/opt/nginx-1.7.7/cgi-bin/目錄
通過spawn-fcgi啟動c/c++編寫好的fastcgi程序：/opt/nginx-1.7.7/sbin/spawn-fcgi -a 127.0.0.1 -p 8081 -f /opt/nginx-1.7.7/cgi-bin/demo?
3.1.3.?nginx fastcgi配置
關于nginx的幾個配置文件解析，可以參閱《Nginx安裝與使用》http://www.cnblogs.com/skynet/p/4146083.html，在上篇的nginx.conf基礎上增加下面的fastcgi配置。
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這樣nginx收到http://localhost/demo.cgi請求時，會匹配到location = /demo.cgi塊，將請求傳到后端的fastcgi應用程序處理。如下如所示：（注意其中number為80，是因為我請求了80次）
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3.2.?nginx + cgi
nginx?不能直接執行外部可執行程序，并且cgi是接收到請求時才會啟動cgi進程，不像fastcgi會在一開就啟動好，這樣nginx天生是不支持?cgi?的。nginx?雖然不支持cgi，但它支持fastCGI。所以，我們可以考慮使用fastcgi包裝來支持?cgi。原理大致如下圖所示：pre-fork幾個通用的代理fastcgi程序——fastcgi-wrapper，fastcgi-wrapper啟動執行cgi然后將cgi的執行結果返回給nginx（fork-and-exec）。
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明白原理之后，編寫一個fastcgi-warpper也比較簡單。網上流傳比較多的一個解決方案是，來自nginx wiki（http://wiki.nginx.org/SimpleCGI）上的使用perl的fastcgi包裝腳本cgiwrap-fcgi.pl。但我對perl不是很感冒，下面給出一個C/C++寫的fastcgi-wrapper。
3.2.1.?fastcgi-wrapper
其實編寫C/C++的fastcgi-wrapper，就是寫一個C/C++的fastcgi，步驟和原理跟前面的小節（nginx+fastcgi）一樣。github上已經有人開源了，C寫的fastcgi-wrapper：https://github.com/gnosek/fcgiwrap。
安裝fcgiwrap：
l??下載（https://github.com/gnosek/fcgiwrap.git）
l??解壓縮fcgiwrap，進入解壓目錄
l??autoreconf -i
l??./configure
l??make && make install
啟動fastcgi-wrapper：/opt/nginx-1.7.7/sbin/spawn-fcgi?-f /usr/local/sbin/fcgiwrap -p 8081
3.2.2.?nginx?fcgiwrap配置
在nginx.conf中增加下面的loaction配置塊，這樣所有的xxx.cgi請求都會走到fcgiwrap，然后fcgiwrap會執行cgi-bin目錄下的cgi程序。
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3.2.3.?編寫cgi應用程序
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#include?<stdio.h>
#include?<stdlib.h>
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int?main(void)
{
????int?count?= 0;
????printf("Content-type: text/html\r\n"
????????"\r\n"
????????"<title>CGI Hello!</title>"
?
????????"<h1>CGI Hello!</h1>"
????????"Request number %d running on host <i>%s</i>\n",
????????++count,?getenv("SERVER_NAME"));
????return?0;
}
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tyler@ubuntu:~/ClionProjects/HelloFastCGI$ g++ cgi.cpp -o cgidemo -lfcgi
tyler@ubuntu:~/ClionProjects/HelloFastCGI$ sudo cp cgidemo /opt/nginx-1.7.7/cgi-bin/
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注意圖中的請求次數一直都是1，因為cgi的模式是fork-and-exec，每次都是一個新的進程。
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的Nginx + CGI/FastCGI + C/Cpp的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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