Nginx如何使用FastCGI

一、CGI是什么：

关于CGI是什么，这篇文章已经讲的非常清楚：

《万法归宗----CGI》

下面简单概括一下关于CGI的基本概念：

CGI = Common Gateway Interface，“通用网关接口”：

（1）“通用”，几乎所有的语言都支持CGI，都可以拿来编写CGI程序；

（2）“网关”，更形象的叫法是“协议翻译机”。通常与网关输入输出两端通信使用的是不同的协议，比如一方是HTTP，另一方可能是其他协议，比如企业内部自定义的协议等；
CGI程序通常部署在Web服务器上（Nginx、Apache），Web服务器调用CGI程序；

（3）“接口”，接口，API。

什么是接口协议：

协议是什么自不必说，通信双方或多方共同遵守的约定。

但是协议也分很多种：

二级制协议 - - - TCP/IP，协议内容是某某某字节、某某某比特位是干嘛的；

字符协议 - - - HTTP，描述第一行是干嘛的，第二行是干嘛的，没固定长度，没固定格式，按字符关键字去匹配；

这两种都是“网络协议”，描述报文内容详细语义的协议。

但是接口协议不同，接口协议一般指的是进行交换的接口间需要遵从的通信方式和要求，例如USB、Type-C、HDMI等。

CGI是如何工作的：

CGI程序本质上是OS操作系统上的一个普通的可执行的应用程序，

CGI可以理解为Web服务进程（Nginx进程、Apache进程）与一个运行在服务器上的CGI进程之间的协议，CGI会把HTTP请求消息中的请求头（Header）设置成进程的环境变量，把HTTP请求的包体设置成标准输入STDIN，进程的标准输出设置成HTTP响应（包含响应头和体），即返回一个HTML。

所以，CGI就是 Web服务器进程（Nginx、Apache）与 CGI进程 交互 的接口，输入HTTP请求（头和体），返回HTTP响应（头和体）。

CGI与Web应用服务器（Server）有何区别：

Nginx收到客户端的HTTP请求后有几种处理方式，对于静态资源的请求可直接返回资源给客户端，那么何时需要转发请求给应用服务器（如Tomcat），何时需要转发请求给CGI？

CGI与应用服务器的最大区别是：

Nginx与应用服务器之间通信使用的是HTTP协议，与CGI通信使用的标准输入输出流。

也就是说，CGI计算后产生的结果，是可以直接使用printf()在客户端上打印出来的（使用的标准输出流STDOUT），这样就有一些web场景必须要使用CGI，例如leetcode、实验楼等类型的在线编译工具，用户输入一段代码后编译结果就能在页面上打印显示出来。

（至于CGI如何计算，这个需要开发者去编写CGI的业务代码。）

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二、CGI的缺点与FastCGI的引出：

CGI有一大硬伤：

每次HTTP请求CGI，Web服务器都要启动一个新的进程去运行这个CGI程序（颇具Unix特色的 fork-and-excute）。
当用户量巨大时，这样的操作会严重拖慢Web服务器的性能。

因此引出FastCGI，即一个常驻的进程池，由调度器负责将传递来的CGI请求传递给进程处理。

所以，FastCGI即使常驻型的CGI。

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三、在Nginx中如何使用FastCGI：

1. 安装FastCGI库：

下载安装包后解压安装：

./configure
make
make install

2. 安装spawn-fcgi：

./configure
make
cp  /src/spawn_fcgi  /usr/local/nginx/sbin    # 拷贝spawn_fcgi可执行程序到/nginx/sbin目录下

3. 编写一个FastCGI的测试小程序：

#include 
#include 

int main() {
	while(FCGI_Accept() >= 0) {
		printf("Content-type: text/html\r\n");
		printf("\r\n");
		printf("");
		printf("
This is My CGI!
");
		printf("Thank you, CGI.\n");
	}
}

编译生成可执行文件：

gcc cgi_test.c -o cgi_test -lfcgi                     //动态编译
gcc cgi_test.c -o cgi_test /usr/local/lib/libfcgi.a	  //静态编译

（本机电脑中有点问题，动态编译一直报错找不到libfcgi.so，解决方法是在fcgi.conf的配置文件中指定动态链接库的位置:动态编译解决方法）

4. 使用 spawn-fcgi 工具启动 cgi_test 程序：

cgi_test从本质上说只是一个普通的Linux进程，单独的运行它（./cgi_test）不会起任何作用，因此需要借助spawn-fcgi 去指定 cgi_test 的监听IP地址和端口号。

cd /usr/local/sbin
./spawn-fcgi -a 127.0.0.1 -p 9002 -f /usr/local/cgi_test

spawn-fcgi指定cgi_test绑定IP地址127.0.0.1、监听端口号9002，启动程序的绝对路径所在的cgi_test。

启动成功后会打印提示：

spawn-fcgi: child spawned successfully: PID: 5432

注： spawn-fcgi命令的参数：

./spawn-fcgi -h   		# 查看所有参数，其中主要的有：

-f 				# filename of the fcgi-application
-a 
			# bind to IPv4/IPv6 address
-p 				# bind to TCP port

5. 编写Nginx的配置文件：

worker_processes 1;

events {
	worker_connections 1024;
}

http {
	include mime.types;
	default_type application/octet-stream;

	server {
		listen 9000;
		
		location ~\ .cgi {
			fastcgi_pass 127.0.0.1:9002;
			fastcgi_index index.cgi;
			fastcgi_param SCRIPT_FILENAME cgi$fastcgi_script_name;
			include ../conf/fastcgi_params;
		}
	}
}

关于配置文件中配置项的含义：

fastcgi_pass :
	# 类似于proxy_pass，也是服务器代理的功能。
	# proxy_pass指示将HTTP请求转到upstream中，fastcgi_pass则指示将请求转给后面标注的IP地址端口

fastcgi_index  index.cgi :
	# 设置了fastcgi默认使用的脚本。就是当SCRIPT_FILENAME没有命中脚本的时候，使用的就是fastcgi_index设置的脚本。
	
fastcgi_params:
	# 设置fastcgi请求中的参数，具体设置的东西可以在$_SERVER中获取到

随后使用编写的配置文件，启动Nginx：

./sbin/nginx -c my_conf/my_conf.conf

如何实现FastCGI负载均衡：

http {
    upstream fastcgi_end {
		server 127.0.0.1:9002 weight = 2;
		server 127.0.0.1:9005 weight = 1;
	}

	server {
		listen 9000;
		location ~\ .cgi {
			fastcgi_pass fastcgi_end;
		}
	}
}

6. 最后，在浏览器中访问cgi资源进行验证：

http://127.0.0.1:9000/123.cgi

显示页面：

因为Nginx配置文件中的策略是凡是 “.cgi” 后缀结尾的请求一律转到CGI程序处理，所有浏览器中输入的URI可以是任意名字的CGI文件，例如 “123.cgi”。

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Tips：

1. Nginx配置文件中的正则表达式：

http {
	server {
		location ~\ .cgi {

		}
	}

	server {
		location ~\ .(mp3|mp4) {

		}
	}
}

~\ .cgi表示客户端的HTTP请求中的URI凡是以 “.cgi” 结尾的文件，都转到这个本location指示的服务器资源上去；
~\ .(mp3|mp4)表示以 “.mp3” 或者 “.mp4” 后缀结尾的请求。

2. 网关和路由器的区别：

简而言之，连接两个网络的设备，都是网关。

网关是一个大的概念，不具体特指一类产品，只要连接两个不同网络的设备都可以叫网关，路由器可以实现网关的功能。所谓网关，可以是路由器、三层交换机、防火墙等。

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遗留问题：

FastCGI内部的工作原理是什么？
CGI都提供哪些更高级的功能？如何编写一个更复杂的CGI程序？