FastCGI的认识与使用[通俗易懂]

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

01. CGI

1.1 什么是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。

1.2 CGI处理流程

1. 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

2. 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

3. CGI进程将处理结果通过标准输出、标准错误，传递给web服务器

4. 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。在遇到用户连接请求：

• 先要创建CGI子进程，然后CGI子进程处理请求，处理完事退出这个子进程：fork-and-execute
• CGI方式是客户端有多少个请求，就开辟多少个子进程，每个子进程都需要启动自己的解释器、加载配置，连接其他服务器等初始化工作，这是CGI进程性能低下的主要原因。当用户请求非常多的时候，会占用大量的内存、cpu等资源，造成性能低下。

CGI使外部程序与Web服务器之间交互成为可能。CGI程序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。

1.3 CGI程序结构

02. FastCGI

2.1 什么是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

2.2 FastCGI处理流程

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. 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。

CGI 是所谓的短生存期应用程序，FastCGI 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)

2.3 FastCGI程序结构

2.4 FastCGI配置

配置Nginx

        location /fastcgi { 
   
            include fastcgi.conf; #包含fastCGI的参数
            fastcgi_pass 192.168.199.151:8080; #配置Windows服务端的应用
        }   

03. spawn-fcgi

3.1 什么是spawn-fcgi

Nginx不能像Apache那样直接执行外部可执行程序，但Nginx可以作为代理服务器，将请求转发给后端服务器，这也是Nginx的主要作用之一。其中Nginx就支持FastCGI代理，接收客户端的请求，然后将请求转发给后端FastCGI进程。

由于FastCGI进程由FastCGI进程管理器管理，而不是Nginx。这样就需要一个FastCGI进程管理器，管理我们编写FastCGI程序。

spawn-fcgi是一个通用的FastCGI进程管理器，简单小巧，原先是属于lighttpd的一部分，后来由于使用比较广泛，所以就迁移出来作为独立项目。

spawn-fcgi使用pre-fork 模型，功能主要是打开监听端口，绑定地址，然后fork-and-exec创建我们编写的FastCGI应用程序进程，退出完成工作。FastCGI应用程序初始化，然后进入死循环侦听socket的连接请求

3.2 spawn-fcgi安装

安装包下载地址：https://github.com/lighttpd/spawn-fcgi

链接：https://pan.baidu.com/s/13lt89QTYhHwQkOxTUyJ9Yg
提取码：7f99

第一步：解压

:~/nginx$ unzip spawn-fcgi-master.zip 

第二步: 生成configure文件

:~/nginx/spawn-fcgi-master$ ./autogen.sh 
configure.ac:12: installing './compile'
configure.ac:9: installing './install-sh'
configure.ac:9: installing './missing'
src/Makefile.am: installing './depcomp'
Now type './configure ...' and 'make' to compile.

第三步: 生成Makefile

:~/nginx/spawn-fcgi-master$ ./configure 

第四步: 编译

:~/nginx/spawn-fcgi-master$ make

第五步: 安装

:~/nginx/spawn-fcgi-master$ sudo make install

第六步: 测试

:~/nginx/spawn-fcgi-master$ spawn-fcgi 
Usage: spawn-fcgi [options] [-- <fcgiapp> [fcgi app arguments]]

spawn-fcgi v1.6.5 - spawns FastCGI processes

Options:
...

3.3 spawn-fcgi命令

pawn-fcgi的帮助信息可以通过man spawn-fcgi或spawn-fcgi -h获得，下面是部分常用

spawn-fcgi参数信息：

04. FastCGI安装

使用C/C++编写FastCGI应用程序，可以使用FastCGI软件开发套件或者其它开发框架，如fcgi。

官方网站：https://fastcgi-archives.github.io/

gitHub下载: https://github.com/FastCGI-Archives/fcgi2

第一步：解压

:~/nginx$ unzip FastCGI_master.zip 

第二步：生成configure

:~/nginx/fcgi2-master$ ./autogen.sh

第三步：生成makefile

:~/nginx/fcgi2-master$ ./configure

第四步：编译

:~/nginx/fcgi2-master$ make 

第五步：安装

:~/nginx/fcgi2-master$ sudo make install 

05. 部署FastCGI程序

进入 fastCGI框架源代码目录 example/echo 是一个简单的fastCGI程序， 可以 ./echo 来运行
将这些fastCGI部署起来，做成一个服务，给nginx使用，就要使用fastCGI进程管理器

示例：

# spawn-fcgi -f ./echo -a 0.0.0.0 -p 10000
spawn-fcgi: child spawned successfully: PID: 13837
# 启动成功之后 显示了这个fastCGI程序的PID

部署流程

第一步：配置Nginx

#在Server中添加如下内容 
        location /echo { 
   
            include fastcgi.conf; #包含fastCGI的参数
            fastcgi_pass 127.0.0.1:8080; #指定fastCGI的程序
        } 

第二步：启动cgi程序

:~/nginx/fcgi2-master/examples$ pwd
/home/deng/nginx/fcgi2-master/examples
:~/nginx/fcgi2-master/examples$ spawn-fcgi -f ./echo -a 127.0.0.1 -p 8080
spawn-fcgi: child spawned successfully: PID: 15693

第三步：重新启动Nginx，然后使用浏览器测试

06. FastCGI程序示例

fastcgi程序完成了一个返回客户端IP地址的功能。

#include <stdlib.h>
#include <fcgi_stdio.h>
int main()
{ 
   
    while (FCGI_Accept() >= 0)
    { 
   
        printf("Content-Type:text\r\n\r\n");
        printf("clint ip is %s\r\n", getenv("REMOTE_ADDR"));
    }
    return 0;
}

编译和测试

:~/tmp$ gcc test.c  -lfcgi
:~/tmp$ REMOTE_ADDR="192.168.13.144" ./a.out  
content-Type:test

client ip is 192.168.13.144

使用Nginx部署测试 启动程序

:~/tmp$ spawn-fcgi -f ./a.out -a 127.0.0.1 -p 10086
spawn-fcgi: child spawned successfully: PID: 17122

配置Nginx

        location /echo { 
   
            include fastcgi.conf; #包含fastCGI的参数
            fastcgi_pass 127.0.0.1:10086; #指定fastCGI的程序
        }

使用浏览器测试

总结:
1.使用fcgi库时的三要素：

• while (FCGI_Accept() >= 0)循环内写业务

• 用getenv和fread(buf, sizeof(buf), 1, stdin)获取用户的请求

• 用printf向用户展示数据；

数据格式是

• 若干行回复数据头（最简形式Content-Type:text\r\n）

• 一个空行

• 回复数据体

2.spawn-cgi启动fastcgi程序时要和nginx的fastcgi_pass配置项对应好

3.良好的设计是：不同目的的请求用不同的FastCGI程序处理。