聊聊CGI、FastCGI、WSGI

CGI

CGI（Common Gateway Interface，通用网关接口 ），描述了服务器和客户端请求处理程序（通常就是浏览器）之间传输数据的一种标准。

它最初是在1993年由NCSA（美国国家超级电脑应用中心）为NCSA HTTPd Web服务器开发的。

CGI的第一个实现是采用Perl编写的。Perl被广泛用于编写CGI程序，但CGI本身是独立于任何语言的。事实上，CGI程序可以使用任何脚本语言甚至是编译型语言分别独立实现，比如Unix Shell、Python、Ruby、PHP、C/C++等。

CGI的工作方式大致可以描述为：

• Step0 普通用户通过浏览器（或者是表单提交、或者是直接访问URL）发送请求给Web服务器
• Step1 Web服务器接收到请求后，启动CGI程序，通过环境变量、标准输入等传递数据，将请求转交给对应的CGI进程
• Step2 CGI进程启动解析器，或者访问数据库、或者完成相关计算、或者与其它第三方进行交互
• Step3 在CGI程序处理完成后，通过标准输出将处理结果返回给Web服务器
• Step4 Web服务器收到结果后，构建Response返回给客户端，并杀死CGI进程

总结来说，CGI采用的是“fork-and-execute”的工作模式，其缺点在于：效率低下，每个请求都需要fork一个新的CGI进程去处理。当请求量增大时服务器很快将被压垮。

为了提升CGI工作性能，有一种办法是，将脚本解释器直接作为模块集成在Web服务器中，例如：Apache的mod_perl模块，这样就能够避免重复载入和初始化解释器。不过这只是针对那些解释型语言而言的，使用诸如C一类的编译型语言则可以避免这种额外负荷。由于C及其他编译语言的程序与解释语言程序相比，前者的运行速度更快、对操作系统的负荷更小，使用编译语言程序是可能达到更高执行效率的。然而因为开发效率等因素，在目前解释型语言还是最合适的。

另一个办法就是FastCGI技术。

FastCGI

FastCGI（快速通用网关接口），是CGI的增强版本。其目的在于，减少Web服务器与CGI程序之间交互的开销，使得服务器可以同时处理更多的请求。

与CGI“fork-and-execute”的工作模式不同，FastCGI像是一个常驻型的CGI，它使用持续的进程来处理一连串的请求。这些进程由FastCGI进程管理器管理，而不是Web服务器。当进来一个请求时，Web服务器把环境变量和这个页面请求通过一个unix domain socket（比如FastCGI进程与Web服务器都位于本地）或者一个TCP连接（FastCGI进程部署在远端）传递给FastCGI进程。

• Step1 Web服务器启动时，初始化FastCGI执行环境，例如apache mod_fastcgi、nginx ngx_http_fastcgi_module、lighttpd mod_fastcgi
• Step2 FastCGI进程管理器自身初始化，启动多个CGI解释器进程并等待来自Web服务器的连接
• Step3 当客户端请求到达Web服务器时，Web服务器将请求通过socket方式转发到FastCGI主进程，主进程选择并连接到一个CGI解释器。Web服务器将CGI环境变量和标准输入发送到FastCGI子进程
• Step4 FastCGI子进程完成处理后，将标准输出和错误信息通过同一socket返回给Web服务器，并关闭连接
• Step5 FastCGI子进程接着等待下一个新的连接

不足之处：

PHP-CGI

PHP-CGI是PHP自带的FastCGI管理器。

不足之处：

1. 变更php.ini配置后，需重启PHP-CGI才能生效，不能平滑重启
2. 直接杀死PHP-CGI进程，PHP就不能运行了（PHP-FPM和Spawn-FCGI就没有这个问题了，守护进程会平滑地重新生成新的子进程）

PHP-FPM

PHP-FPM是一个PHP FastCGI管理器，最初它只是PHP源码的一个补丁，而从PHP 5.3.3开始，已经被集成到了PHP源码中。与原生的PHP-CGI相比，它提供了更加友好的管理方式，可以有效控制内存和进程、可以平滑重载PHP配置。

Spawn-FCGI

Spawn-FCGI是一个通用的FastCGI管理器，起初它是lighttpd的一部分。目前，Spawn-FCGI已经独立成为一个项目，性能较以往更加稳定。

WSGI

But，事情总是还有改进的余地的，FastCGI这套工作模式实际上没有什么太大缺陷，但是有些不安分的Python程序猿觉得，FastCGI标准下写异步的Web服务还是不太方便，如果能够收到请求后CGI端去处理，处理完毕后通过Callback回调来返回结果，那样岂不是很Coooool？！所以WSGI就被创造出来了：

以上引文很好地说明了WSGI的来历。WSGI（Web Server Gateway Interface）是专门为Python定义的Web服务器和Web应用程序或框架之间的一种简单而通用的接口。

其工作方式大致是：当Web服务器接收到一个请求后，可以通过Socket把环境变量和一个callback回调函数传递给后端Web应用程序，Web应用程序处理完成后，调用callback函数，把结果返回给WebServer。

这种方式的优点有：

1. 异步化，通过callback将Web请求的工作拆解开，可以很方便地在一个线程空间里同时处理多个Web请求
2. 方便进行各种负载均衡和请求转发，不会造成后端Web应用阻塞

参考资料：

1. 通用网关接口-维基百科
2. CGI入门
3. Python CGI编程
4. FastCGI-维基百科
5. Nginx + CGI/FastCGI + C/Cpp
6. 搞不清FastCgi与PHP-fpm之间是个什么样的关系
7. 什么是CGI、FastCGI、PHP-CGI、PHP-FPM、Spawn-FCGI？
8. 漫谈 CGI FastCGI WSGI