網關協議：CGI和WSGI

一般服務器程序分爲web服務器和應用程序服務器。web服務器是用於處理HTML文件，讓客戶能夠經過瀏覽器進行訪問，主流的web服務器有Apache、IIS、Nginx、lighthttpd等。應用服務器處理業務邏輯，好比使用Python的Django、flask寫的程序。一般來自客戶端瀏覽器的請求被web服務器截獲，若是是靜態請求，則如Nginx會本身作處理，若是是動態請求，則會拋給後端應用服務器來處理。因而如何在web服務器與應用服務器之間進行通訊成了主要問題，這就引出瞭如下三種處理的接口：CGI、FastCGI、WSGI。

CGI

通用網關接口(Comman Gateway Interface)描述了客戶端和服務器程序之間傳輸數據的一種標準，可讓一個客戶端，從網頁瀏覽器向執行在網絡服務器上的應用程序請求數據。CGI獨立於任何語言，CGI程序能夠是任何腳本語言或徹底獨立編程語言實現，只要這個語言能夠在這個系統上運行。Unix shell、Python、Ruby、PHP、Perl、C/C++和VB均可以用來編寫CGI程序。最初CGI是在1993年由美國國家超級電腦應用中心爲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，而後生成一個運行CGI的獨立的進程。CGI的處理流程以下圖所示：

• web服務器收到客戶端(瀏覽器)的請求http request，啓動CGI程序，並經過環境變量、標準輸入傳遞數據；
• CGI進程啓動解析器、加載配置(如業務相關配置)、鏈接其它服務器(如數據庫服務器)、邏輯處理等；
• CGI進程將處理結果經過標準輸出、標準錯誤，傳遞給web服務器；
• web服務器收到CGI返回的結果，構建http response返回給客戶端，並殺死CGI進程，web服務器與CGI經過環境變量、標準輸入、標準輸出、標準錯誤傳遞數據；

CGI使外部程序與web服務器之間交互成爲可能。CGI程序運行在獨立的進程中，並對每一個web請求創建一個進程，這種方法很是容易實現，但效率不好，難以擴展。面對大量請求，進程的大量創建和消亡使操做系統性能大大降低，此外，因爲地址空間沒法共享，業限制了資源重用。

FastCGI

快速通用網關接口(Fast Comman Gateway Interface)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致力於減小web服務器與CGI程序之間互動的開銷，從而使服務器能夠同時處理更多的web請求。與爲買個請求建立一個新的進程不一樣，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。

當進來一個請求時，web服務器把環境變量和這個頁面請求經過Unix domain socket(都位於同一物理服務器)或者一個IP socket(FastCGI部署在其餘物理服務器)傳遞給FastCGI進程。

• web服務器啓動時載入初始化FastCGI執行環境，例如IIS ISAPI，Apache mod_fastcgi、nginx_ngx_http_fastcgi_module、lighthttpd mode_fastcgi；
• FastCGI進程管理器自身初始化，啓動多個CGI解釋器進程並等待來自web服務器的鏈接。啓動FastCGI進程時，能夠配置ip socket或Unix domain socket兩種啓動方式；
• 當客戶端請求到達web服務器時，web服務器將請求採用socket方式發到FastCGI主進程，FastCGI主進程選擇並鏈接到一個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；
• FastCGI子進程完成處理後將標準輸出和錯誤信息從同一socket鏈接返回web服務器。當FastCGI子進程關閉鏈接時，請求便處理完成；
• FastCGI子進程接着等待並處理來自web服務器的下一個鏈接；

因爲FastCGI程序不須要不斷地產生新進程，能夠大大下降服務器的壓力而且產生較高的應用效率。它的速度效率至少要比CGI技術提升5倍以上。它還支持分佈式部署，即FastCGI程序能夠在web服務器之外的主機上運行。
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，它能夠一直執行着，不會每次都要花費時間去fork(這是CGI最爲人詬病的fork-and-execute模式)。

WSGI

web服務器網關接口(Python Web Server Gateway Interface)是爲Python語言定製的web服務器和web應用程序或框架之間的一種簡單通用的接口。自從WSGI被開發出來以後，許多其餘語言中也出現了相似接口。WSGI是做爲web服務器與web應用程序或應用框架之間的一種低級別的接口，以提高可移植web應用開發的共同點。WSGI是基於現存的CGI標準而設計的。
WSGI分爲兩個部分：一爲"服務器"或"網關"，另外一爲"應用程序"或"應用框架"。在處理一個WSGI請求時，服務器會爲應用程序提供環境資訊及一個回調函數(callback function)。當應用程序完成處理請求後，透過前述的回調函數，將結果回傳給服務器。所謂的WSGI中間件同時實現了API的兩方，所以能夠在WSGI服務和WSGI應用之間起調解做用：從WSGI服務器的角度來講，中間件扮演應用程序，而從應用程序角度來講，中間件扮演服務器。"中間件"組件能夠執行如下功能：

• 重寫環境變量，根據目標URL，將請求消息路由到不一樣的應用對象；
• 容許在一個進程中同時運行多個應用程序或應用框架；
• 負載均衡和遠程處理，經過在網絡上轉發請求和響應消息；
• 進行內容後處理，例如應用XSLT樣式表；

之前，如何選擇合適的web應用程序框架成爲困擾Python初學者的一個問題，這是由於，通常而言，web應用框架的選擇將限制可用的web服務器的選擇，反之亦然。那時的Python應用程序一般爲CGI、FastCGI、mod_python中的一個設計，甚至是爲特定web服務器的自定義的API接口而設計的。WSGI沒有官方的實現，由於WSGI更像一個協議。只要遵循這些協議，WSGI應用(application)均可以在任何服務器(server)上運行，反之亦然。WSGI就是Python的CGI包裝，相對於FastCGI是PHP的CGI包裝。
WSGI將web組件分爲三類：web服務器、web中間件、web應用程序，WSGI基本處理模式爲：

一、wsgi server/gateway
wsgi server能夠理解爲一個符合WSGI規範的web server，接收request請求，封裝一系列環境變量，按照wsgi規範調用註冊的wsgi app，最後將response返回給客戶端。文字很難理解清楚wsgi server究竟是什麼東西，以及作些什麼事情，最直觀的方式仍是看wsgi server的實現代碼。以Python自帶的wsgiref爲例，wsgiref是按照wsgi規範實現的一個簡單wsgi server。

• 服務器建立socket，監聽端口，等待客戶端鏈接；
• 當有請求來時，服務器解析客戶端信息放到環境變量environ中，並調用綁定的handler來處理請求；
• handler解析這個http請求，將請求信息如method、path等放到environ中；
• wsgi handler再將一些服務器信息也放到environ中，最後服務器信息，客戶端信息，本次請求信息所有都保存到了環境變量environ中；
• wsgi handler調用註冊的wsgi app，並將environ和回調函數傳給wsgi app；
• wsgi app將response header/status/body回傳給wsgi handler；
• 最終handler仍是經過socket將response信息返回給客戶端；

二、wsgi application
wsgi application就是一個普通的callback對象，當有請求到來時，wsgi server會調用這個wsgi app。這個對象接收兩個參數，一般爲environ，start_response。environ就是前面介紹的，能夠理解爲環境變量，跟一次請求相關的全部信息都保存在了這個環境變量中，包括服務器信息，客戶端信息，請求信息。start_response是一個callback函數，wsgi application經過start_response，將response header/status返回給wsgi server。此外這個wsgi app會返回一個迭代器對象，這個迭代器對象就是response body。

三、wsgi middleware
有些功能可能介於服務器程序和應用程序之間，例如，服務器拿到了客戶端請求的URL，不一樣的URL須要交由不一樣的函數處理，這個功能叫URL路由，這個功能就能夠放在兩者中間實現，這個中間層就是middleware。middleware對服務器程序和應用都是透明的，也就是說，服務器程序覺得它就是應用程序，而應用程序覺得它就是服務器。這就告訴咱們，middleware須要把本身假裝成一個服務器，接收應用程序，調用它，同時middleware還須要把本身假裝成一個應用程序，傳給服務器程序。其實不管是服務器程序，middleware仍是應用程序，都在服務端，爲客戶提供服務，之因此把它們抽象成不一樣層，就是爲了控制複雜度，使得每一次都不太複雜，各司其職。

uwsgi

uwsgi旨在爲部署分佈式集羣的網絡應用開發一套完整的解決方案。uwsgi主要面向web及其標準服務，已經成功的應用於多種不一樣的語言。因爲uwsgi的可擴展架構，它可以被無限制的擴展用來支持更多的平臺和語言。目前可使用C，C++和Object-C來編寫插件。項目名稱中的wsgi是爲了向同名的Python web標準表示感謝，由於wsgi爲該項目開發了第一個插件。uwsgi是一個web服務器，它實現了wsgi協議、uwsgi協議、http等協議。uwsgi既不用wsgi協議也不用FastCGI協議，而是自創了一個uwsgi協議，uwsgi協議是一個uWSGI服務器自由的協議，它用於定義傳輸信息的類型，每個uwsgi packet前4字節爲傳輸信息類型描述，它與WSGI相比是兩樣東西，聽說該協議大約是fcgi協議的10倍快。uWSGI主要特色以下：

• 超快的性能；
• 低內存佔用(實測爲Apache2的mod_wsgi的一半左右)；
• 多app管理；
• 詳盡的日誌功能(能夠用來分析app性能和瓶頸)；
• 高度可定製(內存大小限制，服務必定次數後重啓等)；