FastCGI学习总结

 

作者: Jimmy Cao，2008/9 All Rights Reserved 共同学习进步，转载请注明

什么是FastCGI

FastCGI ：Fast Common Gateway Interface（快速通用网关接口），它是CGI的增强版。FastCGI是一个快速、开放和安全的web server接口，解决了传统CGI的性能问题，却又没有带来编程的复杂性。老的CGI程序可以很轻易的移植成FastCGI程序。

FastCGI的技术原理

如果想了解FastCGI的技术原理就要了解何为"短生存期应用程序",何为"长生存期应用程序"。

先从CGI技术开刀，以下是CGI技术的理论：每次当客户请求一个CGI的时候，Web服务器就请求操作系统生成一个新的CGI进程。当CGI满足要求后，服务器就杀死这个进程。服务器对客户端的每个请求都要重复这样的过程。

而FastCGI技术的理论为：FastCGI程序一旦产生后，他可以持续工作,足够满足客户的请求直到被明确的终止。如果你希望通过协同处理来提高程序的性能，你可以请求Web服务器运行多个FastCGI 应用程序的副本。 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。

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。

FastCGI的特点

1. 打破传统页面处理技术

传统的页面处理技术，程序必须与Web服务器或Application服务器处于同一台服务器中。这种历史已经早N年被FastCGI技术所打破，FastCGI技术的应用程序可以被安装在服务器群中的任何一台服务器，而通过TCP/IP协议与Web服务器通讯，这样做既适合开发大型分布式Web群，也适合高效数据库控制。

 

1. 明确的请求模式

CGI技术没有一个明确的角色，在FastCGI程序中，程序被赋予明确的角色（响应器角色（Responder）、认证器角色（Authorizer）、过滤器角色（Filter））。

 

1. 独立性

架构独立性：FastCGI接口并不绑定特定的应用服务器架构，应用既可以是单线程的也可是多线程的。

进程独立性：FastCGI进程是独立于服务器的进程，对FastCGI进程的调试不影响服务器。同理，FastCGI进程的崩溃也不至于服务器崩溃。

语言独立性：FastCGI技术目前支持语言有：C/C++、Java、Perl、Tcl、Python、SmallTalk、Ruby等。

 

如何开发FastCGI程序

实现细节

先来看看传统CGI是怎么做的，如下图：

 

                                   图一：CGI的数据流

CGI应用是通过标准的POSIX流(stdin, stdout, stderr和环境变量)加上环境变量，来与HTTP服务器进行通信。

 

与CGI类似，FastCGI采用的方法是：在HTTP进程和FastCGI进程之间创建一个全双工的连接，数据报通过FastCGI协议封装在两个进程之间传递。

stdin和环境变量被封装在连接的输入部分；stdout和stderr被封装在连接的输出部分。

因此，作为输入端，FastCGI程序从连接上接收数据，解包，分离出stdin和环境变量，然后调用应用处理逻辑。作为输出端，FastCGI用FastCGI协议打包stdout和stderr，发送给HTTP服务器处理。

 

由于FastCGI应用不要求和HTTP服务器运行在同一个节点上，因此，FastCGI支持两种形式的连接：1）流管道，用于在同一个节点上的通信；2）TCP流，用于不同节点上的通信。

下图是FastCGI应用和HTTP服务器不在同一个机器上的数据流图：

 

图二：FastCGI和HTTP不在同一节点的数据流

程序框架

不同于CGI程序的单次执行特性，FastCGI的主程序框架有一个循环，如下：

 

Initialize application;
while(FCGI_Accept() >= 0) {
Process request;
}

 

初始化部分，只执行一次，所以常常把一些耗时的工作放在此处理，如：打开和连接数据库，计算表和位图值等。

另外初始化部分，还完成环境变量初始化等工作。

 

然后，程序阻塞在FCGI_Accep()调用上，一旦有连接上了就处理，否则就阻塞。

 

一个简单的FastCGI程序实例：

#include "fcgi_stdio.h" /* fcgi library; put it first*/

#include 

int count;

void initialize(void)

{

  count=0;

}

void main(void)

{

/* Initialization. */  

  initialize();

/* Response loop. */

  while (FCGI_Accept() >= 0)   {

    printf("Content-type: text/html\r\n"

           "\r\n"

           ""

           "
FastCGI Hello! (C, fcgi_stdio library)
"

           "Request number %d running on host %s\n",

            ++count, getenv("SERVER_HOSTNAME"));

  }

}

另外一个例子，多线程编程：

/*
 * threaded.c -- A simple multi-threaded FastCGI application.
 */

#ifndef lint
static const char rcsid[] = "$Id: threaded.c,v 1.9 2001/11/20 03:23:21 robs Exp $";
#endif /* not lint */

#include "fcgi_config.h"

#include
#include

#ifdef HAVE_UNISTD_H
#include
#endif

#include "fcgiapp.h"

#define THREAD_COUNT 20

static int counts[THREAD_COUNT];

static void *doit(void *a)
{
    int rc, i, thread_id = (int)a;
    pid_t pid = getpid();
    FCGX_Request request;
    char *server_name;

    FCGX_InitRequest(&request, 0, 0);
    for (;;)
    {
        static pthread_mutex_t accept_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
        static pthread_mutex_t counts_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

        /* Some platforms require accept() serialization, some don't.. */
        pthread_mutex_lock(&accept_mutex);
        rc = FCGX_Accept_r(&request);
        pthread_mutex_unlock(&accept_mutex);

        if (rc < 0)
            break;

        server_name = FCGX_GetParam("SERVER_NAME", request.envp);

        FCGX_FPrintF(request.out,
            "Content-type: text/html\r\n"
            "\r\n"
            ""
            "

FastCGI Hello! (multi-threaded C, fcgiapp library)

"
            "Thread %d, Process %ld

"
            "Request counts for %d threads running on host %s

",
            thread_id, pid, THREAD_COUNT, server_name ? server_name : "?");

        sleep(2);

        pthread_mutex_lock(&counts_mutex);
        ++counts[thread_id];
        for (i = 0; i < THREAD_COUNT; i++)
            FCGX_FPrintF(request.out, "%5d " , counts[i]);
        pthread_mutex_unlock(&counts_mutex);

        FCGX_Finish_r(&request);
    }

    return NULL;
}

int main(void)
{
    int i;
    pthread_t id[THREAD_COUNT];

    FCGX_Init();

    for (i = 1; i < THREAD_COUNT; i++)
        pthread_create(&id[i], NULL, doit, (void*)i);

    doit(0);

    return 0;
}

 

c文件编译方式

gcc -o test.fcgi test.c -lpthread -lfcgi

 

附录：CGI常用环境变量

环境变量	说明
ALL_HTTP	未包括在本表格中给出的变量内的所有HTTP标题，如：这个变量来自表格HTTP_<标题栏名称>
QUERY_STRING	传递给程式的 query 信息，即：在指向URL中跟在问号(?)后的信息
REMOTE_HOST	使用者发出 request 的远端 host 名称
REMOTE_ADDR	使用者发出 request 的远端 IP 位址
AUTH_TYPE	用来确定使用者合法性的监定方法
REMOTE_USER	使用者的合法名称
REMOTE_IDENT	发出 request 的使用者
CONTENT_TYPE	query 信息中的 MIME 类型
CONTENT_LENGTH	以字节为单位的从客户端接收来的脚步长度
HTTP_FORM	使用者发出 request 的电子邮件讯息
HTTP_ACCEPT	client 可以接受的 MIME 类型列表
HTTP_COOKIE	与你站点打交道的客户的任何cookie(存储片)集合
HTTP_USER_AGENT	client 用来发出 request 的浏览器
GATEWAY_INTERFACE	Server 使用的 CGI 版本
SERVER_NAME	Server 的 host 名称或 IP 位址
SERVER_SOFTWARE	回应 client request 的 Server 软体名称和版本
SERVER_PROTOCOL	传递资讯所用的协定名称或版本
SERVER_PORT	Server 正在执行的 port number
SERVER_PORT_SECURE	值为0或1，值1表示请求出现在加密端口
URL	请求的URL地址
REQUEST_METHOD	发出 request 的方法
PATH_INFO	传递给 CGI 程式的额外路径
PATH_TRANSLATED	存在 PATH_INFO 中的给定路径的传递版本
SCRIPT_NAME	程式执行时的 virtual path
DOCUMENT_ROOT	网路提供的文件服务所在路径
HTTP_REFERER	在读取 CGI 程式前,client 所指的文件 URL