接着上篇《Nginx安裝與使用》，本篇介紹CGI/FASTCGI的原理、及如何使用C/C++編寫簡單的CGI/FastCGI，最後將CGI/FASTCGI部署到nginx。內容大綱以下：node
1. CGInginx
1.1. 環境變量c++
1.2. 標準輸入git
2. FastCGIgithub
3. nginx cgi/fastcgiweb
3.1. nginx + fastcgishell
3.1.1. spawn-fcgi數據庫
3.1.2. 編寫fastcgi應用程序apache
3.1.3. nginx fastcgi配置
3.2. nginx + cgi
3.2.1 fastcgi-wrapper
3.2.2. nginx fcgiwrap配置
3.2.3. 編寫cgi應用程序
參考連接
1.CGI
通用網關接口（Common Gateway Interface/CGI）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程序請求數據。CGI 獨立於任何語言的，CGI 程序能夠用任何腳本語言或者是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 script, Python, Ruby, PHP, perl, Tcl, C/C++,和 Visual Basic 均可以用來編寫 CGI 程序。(http://www.dwz.cn/yFFgQ)
最初，CGI 是在 1993 年由美國國家超級電腦應用中心（NCSA）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：
l step1. 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
l step2. 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
l step3. cgi程將處理結果經過標準輸出、標準錯誤，傳遞給web 服務器
l step4. 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、標準錯誤互相傳遞數據。
1.1.環境變量
GET請求，它將數據打包放置在環境變量QUERY_STRING中，CGI從環境變量QUERY_STRING中獲取數據。常見的環境變量以下表所示：
| 環境變數 |
內容 |
| AUTH_TYPE |
存取認證類型。 |
| CONTENT_LENGTH |
由標準輸入傳遞給CGI程序的數據長度，以bytes或字元數來計算。 |
| CONTENT_TYPE |
請求的MIME類型。 |
| GATEWAY_INTERFACE |
服務器的CGI版本編號。 |
| HTTP_ACCEPT |
瀏覽器能直接接收的Content-types, 能夠有HTTP Accept header定義. |
| HTTP_USER_AGENT |
遞交表單的瀏覽器的名稱、版本 和其餘平臺性的附加信息。 |
| HTTP_REFERER |
遞交表單的文本的 URL，不是全部的瀏覽器都發出這個信息，不要依賴它 |
| PATH_INFO |
傳遞給cgi程式的路徑信息。 |
| QUERY_STRING |
傳遞給CGI程式的請求參數，也就是用"?"隔開，添加在URL後面的字串。 |
| REMOTE_ADDR |
client端的host名稱。 |
| REMOTE_HOST |
client端的IP位址。 |
| REMOTE_USER |
client端送出來的使用者名稱。 |
| REMOTE_METHOD |
client端發出請求的方法（如get、post）。 |
| SCRIPT_NAME |
CGI程式所在的虛擬路徑，如/cgi-bin/echo。 |
| SERVER_NAME |
server的host名稱或IP地址。 |
| SERVER_PORT |
收到request的server端口。 |
| SERVER_PROTOCOL |
所使用的通信協定和版本編號。 |
| SERVER_SOFTWARE |
server程序的名稱和版本。 |
1.2.標準輸入
環境變量的大小是有必定的限制的，當須要傳送的數據量大時，儲存環境變量的空間可能會不足，形成數據接收不徹底，甚至沒法執行CGI程序。所以後來又發展出另一種方法：POST，也就是利用I/O從新導向的技巧，讓CGI程序能夠由STDIN和STDOUT直接跟瀏覽器溝通。
當咱們指定用這種方法傳遞請求的數據時，web 服務器收到數據後會先放在一塊輸入緩衝區中，而且將數據的大小記錄在CONTENT_LENGTH這個環境變數，而後調用CGI程式並將CGI程序的STDIN指向這塊緩衝區，因而咱們就能夠很順利的經過STDIN和環境變數CONTENT_LENGTH獲得全部的資料，再沒有資料大小的限制了。
總結：CGI使外部程序與Web服務器之間交互成爲可能。CGI程式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，也限制了資源重用。
2.FastCGI
快速通用網關接口（Fast Common Gateway Interface／FastCGI）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程式之間互動的開銷，從而使服務器能夠同時處理更多的Web請求。與爲每一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。(http://www.dwz.cn/yFMap)
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一個unix domain socket(都位於同一物理服務器）或者一個IP Socket（FastCGI部署在其它物理服務器）傳遞給FastCGI進程。
l step1. 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、lighttpd mod_fastcgi
l step2. 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，能夠配置以ip和UNIX 域socket兩種方式啓動。
l step3. 當客戶端請求到達Web 服務器時， Web 服務器將請求採用socket方式轉發到 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。
l step4. 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。
l step5. 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 程序並不須要不斷的產生新進程，能夠大大下降服務器的壓力而且產生較高的應用效率。它的速度效率最少要比CGI 技術提升 5 倍以上。它還支持分佈式的部署， 即 FastCGI程序能夠在web 服務器之外的主機上執行。
總結：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一次(這是CGI最爲人詬病的fork-and-execute 模式)。
3.nginx cgi/fastcgi
nginx 不能像apache那樣直接執行外部可執行程序，但nginx能夠做爲代理服務器，將請求轉發給後端服務器，這也是nginx的主要做用之一。其中nginx就支持FastCGI代理，接收客戶端的請求，而後將請求轉發給後端fastcgi進程。下面介紹如何使用C/C++編寫cgi/fastcgi，並部署到nginx中。
3.1. nginx + fastcgi
經過前面的介紹知道，fastcgi進程由FastCGI進程管理器管理，而不是nginx。這樣就須要一個FastCGI管理，管理咱們編寫fastcgi程序。本文使用spawn-fcgi做爲FastCGI進程管理器。
3.1.1. spawn-fcgi
spawn-fcgi是一個通用的FastCGI進程管理器，簡單小巧，原先是屬於lighttpd的一部分，後來因爲使用比較普遍，因此就遷移出來做爲獨立項目了。spawn-fcgi使用pre-fork 模型，功能主要是打開監聽端口，綁定地址，而後fork-and-exec建立咱們編寫的fastcgi應用程序進程，退出完成工做。fastcgi應用程序初始化，而後進入死循環偵聽socket的鏈接請求。
安裝spawn-fcgi：
l 獲取spawn-fcgi編譯安裝包，在http://redmine.lighttpd.net/projects/spawn-fcgi/wiki上能夠獲取當前最新的版本。
l 解壓縮spawn-fcgi-x.x.x.tar.gz包。
l 進入解壓縮目錄，執行./configure。
l make & make install
若是遇到如下錯誤：「 ./autogen.sh: x: autoreconf: not found」，由於沒有安裝automake 工具，ubuntu用下面的命令安裝好就能夠了：sudo apt-get install autoconf automake libtool 。
spawn-fcgi的幫助信息能夠經過man spawn-fcgi或spawn-fcgi –h得到，下面是部分經常使用spawn-fcgi參數信息：
| -f <fcgiapp> 指定調用FastCGI的進程的執行程序位置 -a <addr> 綁定到地址addr。 -p <port> 綁定到端口port。 -s <path> 綁定到unix domain socket -C <childs> 指定產生的FastCGI的進程數，默認爲5。（僅用於PHP） -P <path> 指定產生的進程的PID文件路徑。 -F <childs> 指定產生的FastCGI的進程數（C的CGI用這個） -u和-g FastCGI使用什麼身份（-u 用戶 -g 用戶組）運行，CentOS下可使用apache用戶，其餘的根據狀況配置，如nobody、www-data等。 |
3.1.2. 編寫fastcgi應用程序
使用C/C++編寫fastcgi應用程序，可使用FastCGI軟件開發套件或者其它開發框架，如fastcgi++。
本文使用FastCGI軟件開發套件——fcgi（http://www.fastcgi.com/drupal/node/6?q=node/21），經過此套件能夠輕鬆編寫fastcgi應用程序，安裝fcgi：
l 獲取fcgi編譯安裝包，在http://www.fastcgi.com/drupal/node/5上能夠獲取當前最新的版本。
l 解壓縮fcgi-x.x.x.tar.gz包。
l 進入解壓縮目錄，執行./configure。
l make & make install
若是編譯提示一下錯誤：
fcgio.cpp: In destructor 'virtual fcgi_streambuf::~fcgi_streambuf()':
fcgio.cpp:50: error: 'EOF' was not declared in this scope
fcgio.cpp: In member function 'virtual int fcgi_streambuf::overflow(int)':
fcgio.cpp:70: error: 'EOF' was not declared in this scope
fcgio.cpp:75: error: 'EOF' was not declared in this scope
fcgio.cpp: In member function 'virtual int fcgi_streambuf::sync()':
fcgio.cpp:86: error: 'EOF' was not declared in this scope
fcgio.cpp:87: error: 'EOF' was not declared in this scope
fcgio.cpp: In member function 'virtual int fcgi_streambuf::underflow()':
fcgio.cpp:113: error: 'EOF' was not declared in this scope
make[2]: *** [fcgio.lo] Error 1
make[2]: Leaving directory `/root/downloads/fcgi-2.4.1-SNAP-0910052249/libfcgi'
make[1]: *** [all-recursive] Error 1
make[1]: Leaving directory `/root/downloads/fcgi-2.4.1-SNAP-0910052249'
make: *** [all] Error 2
解決辦法：在/include/fcgio.h文件中加上 #include <cstdio>，而後再編譯安裝就經過了。
若是提示找不到動態庫，請在LD_LIBRARY_PATH或/etc/ld.so.conf中添加fcgi的安裝路徑，如/usr/local/lib，並執行ldconfig更新一下。
#include "fcgi_stdio.h"
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
int count = 0;
while (FCGI_Accept() >= 0)
printf("Content-type: text/html\r\n"
"\r\n"
"<title>FastCGI Hello!</title>"
"<h1>FastCGI Hello!</h1>"
"Request number %d running on host <i>%s</i>\n",
++count, getenv("SERVER_NAME"));
return 0;
}
編譯g++ main.cpp -o demo –lfcgi，並將demo部署到/opt/nginx-1.7.7/cgi-bin/目錄
經過spawn-fcgi啓動c/c++編寫好的fastcgi程序：/opt/nginx-1.7.7/sbin/spawn-fcgi -a 127.0.0.1 -p 8081 -f /opt/nginx-1.7.7/cgi-bin/demo
3.1.3. nginx fastcgi配置
關於nginx的幾個配置文件解析，能夠參閱《Nginx安裝與使用》http://www.cnblogs.com/skynet/p/4146083.html，在上篇的nginx.conf基礎上增長下面的fastcgi配置。
這樣nginx收到http://localhost/demo.cgi請求時，會匹配到location = /demo.cgi塊，將請求傳到後端的fastcgi應用程序處理。以下如所示：（注意其中number爲80，是由於我請求了80次）
3.2. nginx + cgi
nginx 不能直接執行外部可執行程序，而且cgi是接收到請求時纔會啓動cgi進程，不像fastcgi會在一開就啓動好，這樣nginx天生是不支持 cgi 的。nginx 雖然不支持cgi，但它支持fastCGI。因此，咱們能夠考慮使用fastcgi包裝來支持 cgi。原理大體以下圖所示：pre-fork幾個通用的代理fastcgi程序——fastcgi-wrapper，fastcgi-wrapper啓動執行cgi而後將cgi的執行結果返回給nginx（fork-and-exec）。
明白原理以後，編寫一個fastcgi-warpper也比較簡單。網上流傳比較多的一個解決方案是，來自nginx wiki（http://wiki.nginx.org/SimpleCGI）上的使用perl的fastcgi包裝腳本cgiwrap-fcgi.pl。但我對perl不是很感冒，下面給出一個C/C++寫的fastcgi-wrapper。
3.2.1. fastcgi-wrapper
其實編寫C/C++的fastcgi-wrapper，就是寫一個C/C++的fastcgi，步驟和原理跟前面的小節（nginx+fastcgi）同樣。github上已經有人開源了，C寫的fastcgi-wrapper：https://github.com/gnosek/fcgiwrap。
安裝fcgiwrap：
l 下載（https://github.com/gnosek/fcgiwrap.git）
l 解壓縮fcgiwrap，進入解壓目錄
l autoreconf -i
l ./configure
l make && make install
啓動fastcgi-wrapper：/opt/nginx-1.7.7/sbin/spawn-fcgi -f /usr/local/sbin/fcgiwrap -p 8081
3.2.2. nginx fcgiwrap配置
在nginx.conf中增長下面的loaction配置塊，這樣全部的xxx.cgi請求都會走到fcgiwrap，而後fcgiwrap會執行cgi-bin目錄下的cgi程序。
3.2.3. 編寫cgi應用程序
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
int count = 0;
printf("Content-type: text/html\r\n"
"\r\n"
"<title>CGI Hello!</title>"
"<h1>CGI Hello!</h1>"
"Request number %d running on host <i>%s</i>\n",
++count, getenv("SERVER_NAME"));
return 0;
}
tyler@ubuntu:~/ClionProjects/HelloFastCGI$ g++ cgi.cpp -o cgidemo -lfcgi
tyler@ubuntu:~/ClionProjects/HelloFastCGI$ sudo cp cgidemo /opt/nginx-1.7.7/cgi-bin/
注意圖中的請求次數一直都是1，由於cgi的模式是fork-and-exec，每次都是一個新的進程。