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CGI

CGI即通用網(wǎng)關接口(Common Gateway Interface)，是外部應用程序(CGI程序)與Web服務器之間的接口標準，是在CGI程序和Web服務器之間傳遞信息的規(guī)程。CGI規(guī)范允許Web服務器執(zhí)行外部程序，并將它們的輸出發(fā)送給Web瀏覽器，CGI將Web的一組簡單的靜態(tài)超媒體文檔變成一個完整的新的交互式媒體。通俗的講CGI就像是一座橋，把網(wǎng)頁和WEB服務器中的執(zhí)行程序連接起來，它把HTML接收的指令傳遞給服務器的執(zhí)行程序，再把服務器執(zhí)行程序的結果返還給HTML頁。CGI 的跨平臺性能***，幾乎可以在任何操作系統(tǒng)上實現(xiàn)。

CGI方式在遇到連接請求(用戶請求)先要創(chuàng)建cgi的子進程，激活一個CGI進程，然后處理請求，處理完后結束這個子進程。這就是fork-and-execute模式。所以用cgi方式的服務器有多少連接請求就會有多少cgi子進程，子進程反復加載是cgi性能低下的主要原因。當用戶請求數(shù)量非常多時，會大量擠占系統(tǒng)的資源如內存，CPU時間等，造成效能低下。

CGI腳本工作流程：

● 瀏覽器通過HTML表單或超鏈接請求指向一個CGI應用程序的URL。

● 服務器收發(fā)到請求。

● 服務器執(zhí)行所指定的CGI應用程序。

● CGI應用程序執(zhí)行所需要的操作，通常是基于瀏覽者輸入的內容。

● CGI應用程序把結果格式化為網(wǎng)絡服務器和瀏覽器能夠理解的文檔(通常是HTML網(wǎng)頁)。

● 網(wǎng)絡服務器把結果返回到瀏覽器中。

FastCGI

FastCGI是一個可伸縮地、高速地在HTTP server和動態(tài)腳本語言間通信的接口。多數(shù)流行的HTTP server都支持FastCGI，包括Apache、Nginx和lighttpd等，同時，F(xiàn)astCGI也被許多腳本語言所支持，其中就有PHP。

FastCGI是從CGI發(fā)展改進而來的。傳統(tǒng)CGI接口方式的主要缺點是性能很差，因為每次HTTP服務器遇到動態(tài)程序時都需要重新啟動腳本解析器來執(zhí)行解析，然后結果被返回給HTTP服務器。這在處理高并發(fā)訪問時，幾乎是不可用的。FastCGI像是一個常駐(long-live)型的CGI，它可以一直執(zhí)行著，只要激活后，不會每次都要花費時間去fork一次(這是CGI最為人詬病的fork-and-execute 模式)。CGI 就是所謂的短生存期應用程序，F(xiàn)astCGI 就是所謂的長生存期應用程序。由于 FastCGI 程序并不需要不斷的產(chǎn)生新進程，可以大大降低服務器的壓力并且產(chǎn)生較高的應用效率。它的速度效率最少要比CGI 技術提高 5 倍以上。它還支持分布式的運算, 即 FastCGI 程序可以在網(wǎng)站服務器以外的主機上執(zhí)行并且接受來自其它網(wǎng)站服務器來的請求。

FastCGI是語言無關的、可伸縮架構的CGI開放擴展，其主要行為是將CGI解釋器進程保持在內存中并因此獲得較高的性能。眾所周知，CGI解釋器的反復加載是CGI性能低下的主要原因，如果CGI解釋器保持在內存中并接受FastCGI進程管理器調度，則可以提供良好的性能、伸縮性、Fail-Over特性等等。FastCGI接口方式采用C/S結構，可以將HTTP服務器和腳本解析服務器分開，同時在腳本解析服務器上啟動一個或者多個腳本解析守護進程。當HTTP服務器每次遇到動態(tài)程序時，可以將其直接交付給FastCGI進程來執(zhí)行，然后將得到的結果返回給瀏覽器。這種方式可以讓HTTP服務器專一地處理靜態(tài)請求或者將動態(tài)腳本服務器的結果返回給客戶端，這在很大程度上提高了整個應用系統(tǒng)的性能。

FastCGI的工作流程:

● Web Server啟動時載入FastCGI進程管理器(PHP-CGI或者PHP-FPM或者spawn-cgi)

● FastCGI進程管理器自身初始化，啟動多個CGI解釋器進程(可見多個php-cgi)并等待來自Web Server的連接。

● 當客戶端請求到達Web Server時，F(xiàn)astCGI進程管理器選擇并連接到一個CGI解釋器。Web server將CGI環(huán)境變量和標準輸入發(fā)送到FastCGI子進程php-cgi。

● FastCGI子進程完成處理后將標準輸出和錯誤信息從同一連接返回Web Server。當FastCGI子進程關閉連接時，請求便告處理完成。FastCGI子進程接著等待并處理來自FastCGI進程管理器(運行在Web Server中)的下一個連接。 在CGI模式中，php-cgi在此便退出。

FastCGI 的特點

打破傳統(tǒng)頁面處理技術。傳統(tǒng)的頁面處理技術，程序必須與 Web 服務器或 Application 服務器處于同一臺服務器中。這種歷史已經(jīng)早N年被FastCGI技術所打破，F(xiàn)astCGI技術的應用程序可以被安裝在服務器群中的任何一臺服務器，而通過 TCP/IP 協(xié)議與 Web 服務器通訊，這樣做既適合開發(fā)大型分布式 Web 群，也適合高效數(shù)據(jù)庫控制。

明確的請求模式。CGI 技術沒有一個明確的角色，在 FastCGI 程序中，程序被賦予明確的角色(響應器角色、認證器角色、過濾器角色)。

ISAPI

ISAPI(Internet Server Application Program Interface)是微軟提供的一套面向WEB服務的API接口，它能實現(xiàn)CGI提供的全部功能，并在此基礎上進行了擴展，如提供了過濾器應用程序接口。ISAPI應用大多數(shù)以DLL動態(tài)庫的形式使用，可以在被用戶請求后執(zhí)行，在處理完一個用戶請求后不會馬上消失，而是繼續(xù)駐留在內存中等待處理別的用戶輸入。此外,ISAPI的DLL應用程序和WEB服務器處于同一個進程中，效率要顯著高于CGI。(由于微軟的排他性，只能運行于windows環(huán)境)

ISAPI服務器擴展為使用 Internet 服務器的通用網(wǎng)關接口(CGI) 應用程序提供了另一種選擇。與 CGI 應用程序不同，ISA 在 HTTP服務器所在的同一地址空間運行，并且可以訪問可由 HTTP 服務器使用的所有資源。ISA 的系統(tǒng)開銷比 CGI 應用程序低，因為它們不要求創(chuàng)建其他進程，也不執(zhí)行需要越過進程邊界的通信，而這種通信非常耗時。如果內存被其他進程所需要，擴展和篩選器DLL 都可能被卸載。ISAPI 允許在一個 DLL 中有多個命令，這些命令作為 DLL 中CHttpServer對象的成員函數(shù)來實現(xiàn)。CGI 要求每個任務有一個單獨的名稱和一個到單獨的可執(zhí)行文件的 URL 映射。每個新的 CGI 請求啟動一個新進程，而每個不同的請求包含在各自的可執(zhí)行文件中，這些文件根據(jù)每個請求加載和卸載，因此系統(tǒng)開銷高于 ISA。

PHP-CGI

PHP-CGI是PHP自帶的FastCGI管理器。PHP-CGI的不足：

● php-cgi變更php.ini配置后需重啟php-cgi才能讓新的php-ini生效，不可以平滑重啟

● 直接殺死php-cgi進程php就不能運行了。(PHP-FPM和Spawn-FCGI就沒有這個問題,守護進程會平滑從新生成新的子進程。)

Spawn-FCGI

Spawn-FCGI是一個通用的FastCGI管理服務器，它是lighttpd中的一部份，很多人都用Lighttpd的Spawn-FCGI進行FastCGI模式下的管理工作，不過有不少缺點。而PHP-FPM的出現(xiàn)多少緩解了一些問題，但PHP-FPM有個缺點就是要重新編譯，這對于一些已經(jīng)運行的環(huán)境可能有不小的風險)，在php 5.3.3中可以直接使用PHP-FPM了。Spawn-FCGI的代碼很少，全部才630行，用c語言編寫，最近一次提交是5年前。代碼主頁：https://github.com/lighttpd/spawn-fcgi

Spawn-FCGI代碼分析如下：

spawn-fcgi 首先create socket,bind,listen 3步創(chuàng)建服務器socket,(把這個socket叫做 fcgi_fd)

用dup2，把fcgi_fd 交換給 FCGI_LISTENSOCK_FILENO (FCGI_LISTENSOCK_FILENO數(shù)值上等于0，這是fastcgi協(xié)議當中指定用來listen的socket id)

● 執(zhí)行execl ,replaces the current process image with a new process image. process image 進程在運行空間的代碼段

很顯然，Spawn-FCGI也是 pre-fork 模型，只是用了上古C語言編寫，充滿了N多 unix下暗黑編程技巧。

Spawn-FCGI功能很單一：

● 只管fork進程，子進程掛了，主進程僅僅log記錄一次，根本不會重新fork。在2009年一段時間內，我曾經(jīng)用spawn-fcgi部署php-cgi，當跑一段時間就會全掛掉，只能用crontab定時重啟spawn-fcgi

● 不負責子進程中的網(wǎng)絡IO，把socket放到指定位置就完了，接下來的事情由被spawn的程序處理

Spawn-FCGI是一個很早期的程序，瞻仰一下即可。另外有：1996年的一段代碼:http://www.fastcgi.com/om_archive/kit/cgi-fcgi/cgi-fcgi.c，和spawn-fcgi一個風格#p#

PHP-FPM

PHP-FPM是一個PHP FastCGI管理器，是只用于PHP的,可以在 http://php-fpm.org/download下載得到。PHP-FPM其實是PHP源代碼的一個補丁，旨在將FastCGI進程管理整合進PHP包中。必須將它patch到你的PHP源代碼中，在編譯安裝PHP后才可以使用。FPM(FastCGI 進程管理器)用于替換 PHP-CGI 的大部分附加功能，對于高負載網(wǎng)站是非常有用的。它的功能包括：

● 支持平滑停止/啟動的高級進程管理功能;

● 可以工作于不同的 uid/gid/chroot 環(huán)境下，并監(jiān)聽不同的端口和使用不同的 php.ini 配置文件(可取代 safe_mode 的設置);

● stdout 和 stderr 日志記錄;

● 在發(fā)生意外情況的時候能夠重新啟動并緩存被破壞的 opcode;

● 文件上傳優(yōu)化支持;

● “慢日志” - 記錄腳本(不僅記錄文件名，還記錄 PHP backtrace 信息，可以使用 ptrace或者類似工具讀取和分析遠程進程的運行數(shù)據(jù))運行所導致的異常緩慢;

● fastcgi_finish_request() - 特殊功能：用于在請求完成和刷新數(shù)據(jù)后，繼續(xù)在后臺執(zhí)行耗時的工作(錄入視頻轉換、統(tǒng)計處理等);

● 動態(tài)/靜態(tài)子進程產(chǎn)生;

● 基本 SAPI 運行狀態(tài)信息(類似Apache的 mod_status);

● 基于 php.ini 的配置文件。

WSGI

Web服務器網(wǎng)關接口(Python Web Server Gateway Interface，縮寫為WSGI)是為Python語言定義的Web服務器和Web應用程序或框架之間的一種簡單而通用的接口。自從WSGI被開發(fā)出來以后，許多其它語言中也出現(xiàn)了類似接口。WSGI是作為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，以提升可移植Web應用開發(fā)的共同點。WSGI是基于現(xiàn)存的CGI標準而設計的。

WSGI區(qū)分為兩個部份：一為“服務器”或“網(wǎng)關”，另一為“應用程序”或“應用框架”。在處理一個WSGI請求時，服務器會為應用程序提供環(huán)境資訊及一個回呼函數(shù)(Callback Function)。當應用程序完成處理請求后，透過前述的回呼函數(shù)，將結果回傳給服務器。所謂的 WSGI 中間件同時實現(xiàn)了API的兩方，因此可以在WSGI服務和WSGI應用之間起調解作用：從WSGI服務器的角度來說，中間件扮演應用程序，而從應用程序的角度來說，中間件扮演服務器。“中間件”組件可以執(zhí)行以下功能：

● 重寫環(huán)境變量后，根據(jù)目標URL，將請求消息路由到不同的應用對象。

● 允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，通過在網(wǎng)絡上轉發(fā)請求和響應消息。

● 進行內容后處理，例如應用XSLT樣式表。

以前，如何選擇合適的Web應用程序框架成為困擾Python初學者的一個問題，這是因為，一般而言，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應用程序通常是為CGI，F(xiàn)astCGI，mod_python中的一個而設計，甚至是為特定Web服務器的自定義的API接口而設計的。WSGI沒有官方的實現(xiàn), 因為WSGI更像一個協(xié)議。只要遵照這些協(xié)議,WSGI應用(Application)都可以在任何服務器(Server)上運行, 反之亦然。WSGI就是Python的CGI包裝，相對于Fastcgi是PHP的CGI包裝。

WSGI將 web 組件分為三類： web服務器，web中間件,web應用程序， wsgi基本處理模式為 ： WSGI Server -> (WSGI Middleware)* -> WSGI Application 。

1、WSGI Server/gateway

wsgi server可以理解為一個符合wsgi規(guī)范的web server，接收request請求，封裝一系列環(huán)境變量，按照wsgi規(guī)范調用注冊的wsgi app，***將response返回給客戶端。文字很難解釋清楚wsgi server到底是什么東西，以及做些什么事情，最直觀的方式還是看wsgi server的實現(xiàn)代碼。以python自帶的wsgiref為例，wsgiref是按照wsgi規(guī)范實現(xiàn)的一個簡單wsgi server。它的代碼也不復雜。

● 服務器創(chuàng)建socket，監(jiān)聽端口，等待客戶端連接。

● 當有請求來時，服務器解析客戶端信息放到環(huán)境變量environ中，并調用綁定的handler來處理請求。

● handler解析這個http請求，將請求信息例如method，path等放到environ中。

● wsgi handler再將一些服務器端信息也放到environ中，***服務器信息，客戶端信息，本次請求信息全部都保存到了環(huán)境變量environ中。

● wsgi handler 調用注冊的wsgi app，并將environ和回調函數(shù)傳給wsgi app

● wsgi app 將reponse header/status/body 回傳給wsgi handler

● 最終handler還是通過socket將response信息塞回給客戶端。

2、WSGI Application

wsgi application就是一個普通的callable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(shù)，通常為environ,start_response。environ就像前面介紹的，可以理解為環(huán)境變量，跟一次請求相關的所有信息都保存在了這個環(huán)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(shù)，wsgi application通過調用start_response，將response headers/status 返回給wsgi server。此外這個wsgi app會return 一個iterator對象 ，這個iterator就是response body。這么空講感覺很虛，對著下面這個簡單的例子看就明白很多了。

3、WSGI MiddleWare

有些功能可能介于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, 不同的URL需要交由不同的函數(shù)處理，這個功能叫做 URL Routing，這個功能就可以放在二者中間實現(xiàn)，這個中間層就是 middleware。middleware對服務器程序和應用是透明的，也就是說，服務器程序以為它就是應用程序，而應用程序以為它就是服務器。這就告訴我們，middleware需要把自己偽裝成一個服務器，接受應用程序，調用它，同時middleware還需要把自己偽裝成一個應用程序，傳給服務器程序。

其實無論是服務器程序，middleware 還是應用程序，都在服務端，為客戶端提供服務，之所以把他們抽象成不同層，就是為了控制復雜度，使得每一次都不太復雜，各司其職。

uWCGI

uWSGI 項目旨在為部署分布式集群的網(wǎng)絡應用開發(fā)一套完整的解決方案。uWSGI主要面向web及其標準服務，已經(jīng)成功的應用于多種不同的語言。由于uWSGI的可擴展架構，它能夠被無限制的擴展用來支持更多的平臺和語言。目前，你可以使用C，C++和Objective-C來編寫插件。項目名稱中的“WSGI”是為了向同名的Python Web標準表示感謝，因為WSGI為該項目開發(fā)了***個插件。uWSGI是一個Web服務器，它實現(xiàn)了WSGI協(xié)議、uwsgi、http等協(xié)議。uWSGI，既不用wsgi協(xié)議也不用FastCGI協(xié)議，而是自創(chuàng)了一個uwsgi的協(xié)議，uwsgi協(xié)議是一個uWSGI服務器自有的協(xié)議，它用于定義傳輸信息的類型(type of information)，每一個uwsgi packet前4byte為傳輸信息類型描述，它與WSGI相比是兩樣東西。據(jù)說該協(xié)議大約是fcgi協(xié)議的10倍那么快。

uWSGI的主要特點如下：

● 超快的性能。

● 低內存占用(實測為apache2的mod_wsgi的一半左右)。

● 多app管理。

● 詳盡的日志功能(可以用來分析app性能和瓶頸)。

● 高度可定制(內存大小限制，服務一定次數(shù)后重啟等)。