【轉】常見的網關協議

 

常見的網關協議

在工做中一直使用PHP，但知道怎麼開車，不知道車是怎麼跑的是不行的，否則出問題了也不知道出在哪裏，所以瞭解下PHP-FPM的運行原理。、

CGI

通用網絡接口（Common Gateway Interface），是用來規定Web Server和應用程序直接進行數據數據傳輸的協議。能夠用任意語言來實現，只要咱們使用的語言的可以支持標準輸入、標準輸出及環境變量等處理，就可以開發出一個CGI程序。

 

CGI的運行過程：

1. 用戶訪問Web應用，發起一個HTTP請求，Web服務受到該請求；
2. HTTP服務器將請求數據從HTTP請求中解析出來，根據請求的URL建立一個新的CGI進程，並經過環境變量和標準輸入傳入到CGI進程中；
3. CGI進程根據請求進行邏輯處理，鏈接其餘服務請求數據或者從DB獲取數據或者只是單純的進行邏輯運算；
4. CGI進程將處理的結果寫入到標準輸出中；
5. Web服務器從標準輸出中讀取相應，並返回給用戶；
6. Web服務器關閉CGI進程。

從上面能夠看出，對於每個用戶請求，都須要從新fork一個子進程處理請求、請求結束銷燬子進程的過程，若是是少許請求，若是是大併發，這種fork-and-execute顯然不適合，這是就出現了下面要講的fastcgi模式。

FastCGI模式

快速通用網關接口（Fast Common Gateway Interface/FastCGI）是CGI的改進版，FastCGI的提出旨在減小Web服務器與CGI進程交互的開銷，使得服務器可以服務更多的請求。與CGI每次建立一個子進程不一樣的是，FastCGI的CGI進程在服務器啓動的時候就已經建立好了（常駐形式），並由FastCGI進程管理器管理，而不是由Web服務器建立。而且，與CGI經過標準輸入和標準輸出進行通訊不一樣的是，Web服務器和FastCGI進程之間是經過IPC（進程間通訊）來處理用戶的請求的。

FastCGI處理請求的過程：

1. Web Server啓動時載入FastCGI進程管理器；
2. FastCGI進程管理器進行自身初始化，並根據配置啓動多個CGI進程並循環等待來自Web Server的請求；
3. 用戶訪問Web應用，發起一個HTTP請求，Web接受到請求後，將請求經過IPC通訊轉發一個CGI進程，Web Server將環境變量和請求數據寫入到標準輸出（流數據包），由CGI進程讀取。
4. CGI進程完成處理後將結果輸出到標準輸出（流數據包），而後接續等待下一個請求；
5. Web Server從標準輸出讀取請求結果並返回給用戶。

FastCGI通訊協議

同HTTP同樣，FastCGI由消息頭和消息體組成

主要消息頭以下：

消息頭	做用
Version	協議版本號
Type	消息的類型，用於指定指定處理這個消息的方法
RequestID	標識當前所屬的FastCGI請求，若是一個鏈接僅處理一個請求，RequestID存在的意義就不大了
Content Length	數據包包體所佔字節數

消息類型定義：

消息類型	描述
BEGIN_REUQEST	從Web Server發往CGI，表示開始處理新的請求，其中帶RequestID
ABORT_REQUEST	從Web Server發往CGI，表示終止一個處理中的請求
END_REQUESST	CGI發送給Web Server，表示該請求完成， 返回數據裏包含返回代碼，決定請求是否成功處理
PARAMS	從Web Server發往CGI，能夠發送多個數據包， 發送接收標識爲一個長度爲0的空包，該中的數據類型和CGI協議一致
STDIN	從Web Server發往CGI，用於CGI從中讀取用戶提交的POST數據
STDOUT	從Web Server發往CGI，包含返回給用戶的數據

 

具體交互過程：

1. Web Server接收用戶請求，而後將請求轉發給FastCGI進程；
2. FastCgi進程決定是否處理請求，若是接收請求，則從鏈接中讀取數據；
3. Web Server發送包含RequestID的BEGIN_REQUEST類型消息給CGI進程，後續全部的數據包都會帶上該RequestID，而後Web Server發送任一的PARAMS類型消息到FastCGI進程，發送接收後，Web服務器發送一個空的PARAMS消息包，表示PARAMS類型消息發送完畢，若是包含POST數據，Web Server會經過STDIN消息類型發送給FastCGI進程，當POST內容發送完畢後，會發送一個空的STDIN消息包；
4. CGI進程從鏈接中讀取相關數據，若是拒絕請求則發送ENDQUEST請求，不然讀取請求數據，進行處理，將處理結果經過STDOUT消息類型發送給Web Server，並經過ENDREQUEST告知Web Server處理的結果。

PHP-FPM

PHP-FPM（PHP-FastCGI Process Manager），是PHP FastCGI的實現，提供了進程管理的功能。
PHP-FPM由兩種進程組成：Master進程和Worker進程，一個PHP-FPM一般只有一個Master進程，用來管理Worker進程，但其中一個子進程異常退出後，可以重啓新的子進程，還負責其餘管理功能，如平滑啓動等；一個PHP-FPM一般存在多個Worker進程，全部的Worker進程監聽同一個端口，當一個請求進來時，誰搶到就誰負責處理，每一個進程內嵌一個PHP解釋器，用來執行PHP代碼。

Nginx和PHP-FPM

經過指令fastcig_pass指定fastcgi監聽的地址（TCP/UDS），Nginx在接收相關請求時，會將請求經過改地址進行轉發。

WSGI

Web Server Gateway Interface，是用在python web框架編寫的Web Server和Web Application之間通訊的規範，要實現WSGI協議，必須同時實現Web Server和Web Application。

有了WSGI協議，只要server和application都遵循WSGI協議，那麼就能夠隨意的組合。好比，uWSGI和Gunicor是實現了WSGI協議的Server端，Django、Flask是實現了WSGI協議的Application端，那麼實際使用時，能夠隨意搭配使用。

實現簡單的WSGI服務

Web Application

一個可調用對象（可使方法/函數/類/對象，只要有obj.__call__便可）
接受2個參數：

1. 字典environ，包含環境變量；
2. 回調函數start_response()，用來發送HTTP相應（包括HTTP狀態碼、HTTP返回報頭）
   Applicatin層無需關心environ和start_response()是如何實現的，只須要直接使用它們便可。
   返回：可迭代對象，內容是返回包的內容（字符串）

Web Server

Web Server的做用就是構建一個可讓Application成功執行的環境，從輸入獲取正確的請求並解析，傳遞給Application，而後返回正確的Response。

Server層無需關心application對象是如何運做的，只須要傳入什麼和會返回什麼便可。

Web Middle

除了Application和Server，wsgi協議還規範了Midlle層，Middle介於Application和Server之間，Middle對於Application和Server來講是透明的，對於Application來講，Middle就是Server；對於Server來講，Middle就是Application。例如，服務器拿到了客戶端請求的URL, 根據目標URL，將請求消息路由到不一樣的應用對象。在Python中能夠實現爲裝飾器。以下，是一個簡單的實現:

 

常見的Python web框架都實現了wsgi server，但性能並非很好，經常僅適用於開發環境；在生產環境中，使用最廣的仍是Gunicor和uWSGI。

與uWSGI/uwsgi的區別

1. uwsgi: 一種線路協議而不是通訊協議，在此經常使用於在uWSGI服務器與其餘網絡服務器的數據通訊，其中Nginx有插件支持該協議
2. uWSGI：一個web服務器，實現了WSGI協議、uwsgi協議、http協議等，對外可使用uwsgi進行通訊，對內使用WSGI協議調用具體的Application。

Refer

1. CGI 和 FastCGI 協議的運行原理
2. 深刻理解 FastCGI 協議以及在 PHP 中的實現
3. CGI、FastCGI和PHP-FPM關係圖解
4. FastCGI 進程管理器（FPM
5. 網關協議學習：CGI、FastCGI、WSGI
6. WSGI初探
7. Python Web開發最難懂的WSGI協議，到底包含哪些內容？
8. Python拾遺 - WSGI規範