Bevor ich über FastCGI diskutiere, muss ich über das Funktionsprinzip des traditionellen CGI sprechen. Gleichzeitig sollten Sie ein allgemeines Verständnis des CGI 1.1-Protokolls haben
Nachdem der Client auf eine URL-Adresse zugegriffen hat, übermitteln Sie Daten über GET/POST/PUT usw. und stellen Sie über das HTTP-Protokoll eine Anfrage an den Webserver. Der serverseitige HTTP-Daemon (Daemon) leitet die Informationen weiter Beschrieben in der HTTP-Anfrage über die Standardeingabe-Stdin- und Umgebungsvariablen (Umgebungsvariable) und startet diese Anwendung zur Verarbeitung (einschließlich der Verarbeitung der Datenbank). Die Verarbeitungsergebnisse werden an den HTTP-Daemon zurückgegeben Daemon-Prozess über die Standardausgabe stdout, und dann gibt der HTTP-Daemon-Prozess es über das HTTP-Protokoll an den Client zurück.
Der obige Absatz ist möglicherweise noch relativ abstrakt, um ihn zu verstehen. Lassen Sie uns eine GET-Anfrage als Beispiel verwenden, um dies im Detail zu erklären.
Der folgende Code wird verwendet, um die im Bild beschriebenen Funktionen zu implementieren. Der Webserver startet einen Socket-Listening-Dienst und führt dann das CGI-Programm lokal aus. Eine detailliertere Codeinterpretation gibt es später.
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <string.h>
#define SERV_PORT 9003
char* str_join(char *str1, char *str2);
char* html_response(char *res, char *buf);
int main(void)
{
int lfd, cfd;
struct sockaddr_in serv_addr,clin_addr;
socklen_t clin_len;
char buf[1024],web_result[1024];
int len;
FILE *cin;
if((lfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) == -1){
perror("create socket failed");
exit(1);
}
memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
serv_addr.sin_port = htons(SERV_PORT);
if(bind(lfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1)
{
perror("bind error");
exit(1);
}
if(listen(lfd, 128) == -1)
{
perror("listen error");
exit(1);
}
signal(SIGCLD,SIG_IGN);
while(1)
{
clin_len = sizeof(clin_addr);
if ((cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&clin_addr, &clin_len)) == -1)
{
perror("接收错误\n");
continue;
}
cin = fdopen(cfd, "r");
setbuf(cin, (char *)0);
fgets(buf,1024,cin); //读取第一行
printf("\n%s", buf);
//============================ cgi 环境变量设置演示 ============================
// 例如 "GET /user.cgi?id=1 HTTP/1.1";
char *delim = " ";
char *p;
char *method, *filename, *query_string;
char *query_string_pre = "QUERY_STRING=";
method = strtok(buf,delim); // GET
p = strtok(NULL,delim); // /user.cgi?id=1
filename = strtok(p,"?"); // /user.cgi
if (strcmp(filename,"/favicon.ico") == 0)
{
continue;
}
query_string = strtok(NULL,"?"); // id=1
putenv(str_join(query_string_pre,query_string));
//============================ cgi 环境变量设置演示 ============================
int pid = fork();
if (pid > 0)
{
close(cfd);
}
else if (pid == 0)
{
close(lfd);
FILE *stream = popen(str_join(".",filename),"r");
fread(buf,sizeof(char),sizeof(buf),stream);
html_response(web_result,buf);
write(cfd,web_result,sizeof(web_result));
pclose(stream);
close(cfd);
exit(0);
}
else
{
perror("fork error");
exit(1);
}
}
close(lfd);
return 0;
}
char* str_join(char *str1, char *str2)
{
char *result = malloc(strlen(str1)+strlen(str2)+1);
if (result == NULL) exit (1);
strcpy(result, str1);
strcat(result, str2);
return result;
}
char* html_response(char *res, char *buf)
{
char *html_response_template = "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type:text/html\r\nContent-Length: %d\r\nServer: mengkang\r\n\r\n%s";
sprintf(res,html_response_template,strlen(buf),buf);
return res;
}Zeilen 66–81 ermitteln den relativen Pfad des CGI-Programms (Der Einfachheit halber definieren wir sein Stammverzeichnis direkt als das aktuelle Verzeichnis des Webprogramms.) Damit das CGI-Programm gleichzeitig im untergeordneten Prozess ausgeführt werden kann, legen Sie die Umgebungsvariablen fest, um das Lesen zu erleichtern läuft;
Zeile 94~95 schreibt das Standardausgabeergebnis des CGI-Programms in den Cache des Webserver-Daemons
Zeile 97 schreibt das verpackte HTML-Ergebnis in den Client-Socket-Deskriptor und gibt es an den Client zurück, der eine Verbindung zum Webserver herstellt.
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// 通过获取的 id 查询用户的信息
int main(void){
//============================ 模拟数据库 ============================
typedef struct
{
int id;
char *username;
int age;
} user;
user users[] = {
{},
{
1,
"mengkang.zhou",
18
}
};
//============================ 模拟数据库 ============================
char *query_string;
int id;
query_string = getenv("QUERY_STRING");
if (query_string == NULL)
{
printf("没有输入数据");
} else if (sscanf(query_string,"id=%d",&id) != 1)
{
printf("没有输入id");
} else
{
printf("用户信息查询<br>学号: %d<br>姓名: %s<br>年龄: %d",id,users[id].username,users[id].age);
}
return 0;
}Kompilieren Sie das obige CGI-Programm in gcc user.c -o user.cgi und platzieren Sie es im Verzeichnis derselben Ebene wie das obige Webprogramm .
Zeile 28 im Code, das Lesen der zuvor im Webserver-Daemon festgelegten Umgebungsvariablen aus den Umgebungsvariablen, steht im Mittelpunkt unserer Demonstration.
Im Vergleich zur CGI/1.1-Spezifikation forkt der Webserver einen untergeordneten Prozess lokal auf, um das CGI-Programm auszuführen, füllt die vordefinierten CGI-Umgebungsvariablen aus und fügt sie ein Sie werden in die Systemumgebungsvariablen eingefügt. Der Inhalt des HTTP-Körpers wird über die Standardeingabe an den untergeordneten Prozess übergeben und nach Abschluss der Verarbeitung über die Standardausgabe an den Webserver zurückgegeben. Der Kern von FastCGI besteht darin, die traditionelle Fork-and-Execute-Methode zu eliminieren, den enormen Overhead jedes Starts zu reduzieren (wird später am Beispiel von PHP erläutert) und Anforderungen resident zu verarbeiten.
Der FastCGI-Workflow ist wie folgt:
Der FastCGI-Prozessmanager initialisiert sich selbst, startet mehrere CGI-Interpreterprozesse und wartet auf Verbindungen vom Webserver.
Der Webserver kommuniziert über Socket mit dem FastCGI-Prozessmanager und sendet über das FastCGI-Protokoll CGI-Umgebungsvariablen und Standardeingabedaten an den CGI-Interpreterprozess.
Nachdem der CGI-Interpreterprozess die Verarbeitung abgeschlossen hat, gibt er über dieselbe Verbindung Standardausgabe- und Fehlerinformationen an den Webserver zurück.
Der CGI-Interpreterprozess wartet dann auf die nächste Verbindung vom Webserver und verarbeitet diese.
Einer der Unterschiede zwischen FastCGI und dem herkömmlichen CGI-Modus besteht darin, dass der Webserver das CGI-Programm nicht direkt ausführt, sondern über den Socket und Um mit dem FastCGI-Responder (FastCGI-Prozessmanager) interagieren zu können, muss der Webserver die CGI-Schnittstellendaten in ein Paket kapseln, das dem FastCGI-Protokoll folgt, und es an das FastCGI-Responder-Programm senden. Gerade weil der FastCGI-Prozessmanager auf Socket-Kommunikation basiert, werden auch der Webserver und der CGI-Responder-Server separat bereitgestellt.
Eine weitere Sache: FastCGI ist ein Protokoll. Es basiert auf CGI/1.1. Die in CGI/1.1 zu übertragenden Daten werden in der durch das FastCGI-Protokoll definierten Reihenfolge und Format übertragen.
Vielleicht ist der obige Inhalt noch sehr abstrakt zu verstehen. Dies liegt daran, dass erstens kein allgemeines Verständnis des FastCGI-Protokolls vorhanden ist und zweitens kein tatsächliches Code-Lernen erfolgt. Daher müssen Sie den Inhalt des FastCGI-Protokolls im Voraus studieren. Sie müssen ihn nicht unbedingt vollständig verstehen. Sie können diesen Artikel lesen und ihn dann mit Lernen und Verständnis kombinieren.
Das Folgende ist eine Analyse, die auf dem FastCGI-Code von PHP basiert. Ohne besondere Erklärung stammen die folgenden Codes alle aus PHP-Quellcode.
FastCGI unterteilt die übertragenen Nachrichten in viele Typen und seine Struktur ist wie folgt definiert:
typedef enum _fcgi_request_type {
FCGI_BEGIN_REQUEST = 1, /* [in] */
FCGI_ABORT_REQUEST = 2, /* [in] (not supported) */
FCGI_END_REQUEST = 3, /* [out] */
FCGI_PARAMS = 4, /* [in] environment variables */
FCGI_STDIN = 5, /* [in] post data */
FCGI_STDOUT = 6, /* [out] response */
FCGI_STDERR = 7, /* [out] errors */
FCGI_DATA = 8, /* [in] filter data (not supported) */
FCGI_GET_VALUES = 9, /* [in] */
FCGI_GET_VALUES_RESULT = 10 /* [out] */
} fcgi_request_type;Das Bild unten zeigt einen einfachen Nachrichtenvorgang
最先发送的是FCGI_BEGIN_REQUEST，然后是FCGI_PARAMS和FCGI_STDIN，由于每个消息头（下面将详细说明）里面能够承载的最大长度是65535，所以这两种类型的消息不一定只发送一次，有可能连续发送多次。
FastCGI 响应体处理完毕之后，将发送FCGI_STDOUT、FCGI_STDERR，同理也可能多次连续发送。最后以FCGI_END_REQUEST表示请求的结束。
需要注意的一点，FCGI_BEGIN_REQUEST和FCGI_END_REQUEST分别标识着请求的开始和结束，与整个协议息息相关，所以他们的消息体的内容也是协议的一部分，因此也会有相应的结构体与之对应（后面会详细说明）。而环境变量、标准输入、标准输出、错误输出，这些都是业务相关，与协议无关，所以他们的消息体的内容则无结构体对应。
由于整个消息是二进制连续传递的，所以必须定义一个统一的结构的消息头，这样以便读取每个消息的消息体，方便消息的切割。这在网络通讯中是非常常见的一种手段。
如上，FastCGI 消息分10种消息类型，有的是输入有的是输出。而所有的消息都以一个消息头开始。其结构体定义如下：
typedef struct _fcgi_header {
unsigned char version;
unsigned char type;
unsigned char requestIdB1;
unsigned char requestIdB0;
unsigned char contentLengthB1;
unsigned char contentLengthB0;
unsigned char paddingLength;
unsigned char reserved;
} fcgi_header;字段解释下：
version标识FastCGI协议版本。
type 标识FastCGI记录类型，也就是记录执行的一般职能。
requestId标识记录所属的FastCGI请求。
contentLength记录的contentData组件的字节数。
关于上面的xxB1和xxB0的协议说明：当两个相邻的结构组件除了后缀“B1”和“B0”之外命名相同时，它表示这两个组件可视为估值为B1<<8 + B0的单个数字。该单个数字的名字是这些组件减去后缀的名字。这个约定归纳了一个由超过两个字节表示的数字的处理方式。
比如协议头中requestId和contentLength表示的最大值就是65535
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <limits.h>
int main()
{
unsigned char requestIdB1 = UCHAR_MAX;
unsigned char requestIdB0 = UCHAR_MAX;
printf("%d\n", (requestIdB1 << 8) + requestIdB0); // 65535
}你可能会想到如果一个消息体长度超过65535怎么办，则分割为多个相同类型的消息发送即可。
typedef struct _fcgi_begin_request {
unsigned char roleB1;
unsigned char roleB0;
unsigned char flags;
unsigned char reserved[5];
} fcgi_begin_request;字段解释
role表示Web服务器期望应用扮演的角色。分为三个角色（而我们这里讨论的情况一般都是响应器角色）
typedef enum _fcgi_role {
FCGI_RESPONDER = 1,
FCGI_AUTHORIZER = 2,
FCGI_FILTER = 3
} fcgi_role;而FCGI_BEGIN_REQUEST中的flags组件包含一个控制线路关闭的位：flags & FCGI_KEEP_CONN：如果为0，则应用在对本次请求响应后关闭线路。如果非0，应用在对本次请求响应后不会关闭线路；Web服务器为线路保持响应性。
typedef struct _fcgi_end_request {
unsigned char appStatusB3;
unsigned char appStatusB2;
unsigned char appStatusB1;
unsigned char appStatusB0;
unsigned char protocolStatus;
unsigned char reserved[3];
} fcgi_end_request;字段解释
appStatus组件是应用级别的状态码。protocolStatus组件是协议级别的状态码；protocolStatus的值可能是：
FCGI_REQUEST_COMPLETE：请求的正常结束。
FCGI_CANT_MPX_CONN：拒绝新请求。这发生在Web服务器通过一条线路向应用发送并发的请求时，后者被设计为每条线路每次处理一个请求。
FCGI_OVERLOADED：拒绝新请求。这发生在应用用完某些资源时，例如数据库连接。
FCGI_UNKNOWN_ROLE：拒绝新请求。这发生在Web服务器指定了一个应用不能识别的角色时。
protocolStatus在 PHP 中的定义如下
typedef enum _fcgi_protocol_status {
FCGI_REQUEST_COMPLETE = 0,
FCGI_CANT_MPX_CONN = 1,
FCGI_OVERLOADED = 2,
FCGI_UNKNOWN_ROLE = 3
} dcgi_protocol_status;需要注意dcgi_protocol_status和fcgi_role各个元素的值都是 FastCGI 协议里定义好的，而非 PHP 自定义的。
为了简单的表示，消息头只显示消息的类型和消息的 id，其他字段都不予以显示。下面的例子来自于官网
{FCGI_BEGIN_REQUEST, 1, {FCGI_RESPONDER, 0}}
{FCGI_PARAMS, 1, "\013\002SERVER_PORT80\013\016SERVER_ADDR199.170.183.42 ... "}
{FCGI_STDIN, 1, "quantity=100&item=3047936"}
{FCGI_STDOUT, 1, "Content-type: text/html\r\n\r\n<html>\n<head> ... "}
{FCGI_END_REQUEST, 1, {0, FCGI_REQUEST_COMPLETE}}配合上面各个结构体，则可以大致想到 FastCGI 响应器的解析和响应流程：
首先读取消息头，得到其类型为FCGI_BEGIN_REQUEST，然后解析其消息体，得知其需要的角色就是FCGI_RESPONDER，flag为0，表示请求结束后关闭线路。然后解析第二段消息，得知其消息类型为FCGI_PARAMS，然后直接将消息体里的内容以回车符切割后存入环境变量。与之类似，处理完毕之后，则返回了FCGI_STDOUT消息体和FCGI_END_REQUEST消息体供 Web 服务器解析。
下面对代码的解读笔记只是我个人知识的一个梳理提炼，如有勘误，请大家指出。对不熟悉该代码的同学来说可能是一个引导，初步认识，如果觉得很模糊不清晰，那么还是需要自己逐行去阅读。
以php-src/sapi/cgi/cgi_main.c为例进行分析说明，假设开发环境为 unix 环境。main 函数中一些变量的定义，以及 sapi 的初始化，我们就不讨论在这里讨论了，只说明关于 FastCGI 相关的内容。
fcgi_fd = fcgi_listen(bindpath, 128);
从这里开始监听，而fcgi_listen函数里面则完成 socket 服务前三步socket,bind,listen。
为fcgi_request对象分配内存，绑定监听的 socket 套接字。
fcgi_init_request(&request, fcgi_fd);
整个请求从输入到返回，都围绕着fcgi_request结构体对象在进行。
typedef struct _fcgi_request {
int listen_socket;
int fd;
int id;
int keep;
int closed;
int in_len;
int in_pad;
fcgi_header *out_hdr;
unsigned char *out_pos;
unsigned char out_buf[1024*8];
unsigned char reserved[sizeof(fcgi_end_request_rec)];
HashTable *env;
} fcgi_request;这里子进程的个数默认是0，从配置文件中读取设置到环境变量，然后在程序中读取，然后创建指定数目的子进程来等待处理 Web 服务器的请求。
if (getenv("PHP_FCGI_CHILDREN")) {
char * children_str = getenv("PHP_FCGI_CHILDREN");
children = atoi(children_str);
...
}
do {
pid = fork();
switch (pid) {
case 0:
parent = 0; // 将子进程中的父进程标识改为0，防止循环 fork
/* don't catch our signals */
sigaction(SIGTERM, &old_term, 0);
sigaction(SIGQUIT, &old_quit, 0);
sigaction(SIGINT, &old_int, 0);
break;
case -1:
perror("php (pre-forking)");
exit(1);
break;
default:
/* Fine */
running++;
break;
}
} while (parent && (running < children));到这里一切都还是 socket 的服务的套路。接受请求，然后调用了fcgi_read_request。
fcgi_accept_request(&request)
int fcgi_accept_request(fcgi_request *req)
{
int listen_socket = req->listen_socket;
sa_t sa;
socklen_t len = sizeof(sa);
req->fd = accept(listen_socket, (struct sockaddr *)&sa, &len);
...
if (req->fd >= 0) {
// 采用多路复用的机制
struct pollfd fds;
int ret;
fds.fd = req->fd;
fds.events = POLLIN;
fds.revents = 0;
do {
errno = 0;
ret = poll(&fds, 1, 5000);
} while (ret < 0 && errno == EINTR);
if (ret > 0 && (fds.revents & POLLIN)) {
break;
}
// 仅仅是关闭 socket 连接，不清空 req->env
fcgi_close(req, 1, 0);
}
...
if (fcgi_read_request(req)) {
return req->fd;
}
}并且把request放入全局变量sapi_globals.server_context，这点很重要，方便了在其他地方对请求的调用。
SG(server_context) = (void *) &request;
下面的代码删除一些异常情况的处理，只显示了正常情况下执行顺序。
在fcgi_read_request中则完成我们在消息通讯样例中的消息读取，而其中很多的len = (hdr.contentLengthB1 << 8) | hdr.contentLengthB0;操作，已经在前面的FastCGI 消息头中解释过了。
这里是解析 FastCGI 协议的关键。
static inline ssize_t safe_read(fcgi_request *req, const void *buf, size_t count)
{
int ret;
size_t n = 0;
do {
errno = 0;
ret = read(req->fd, ((char*)buf)+n, count-n);
n += ret;
} while (n != count);
return n;
}static int fcgi_read_request(fcgi_request *req)
{
...
if (safe_read(req, &hdr, sizeof(fcgi_header)) != sizeof(fcgi_header) || hdr.version < FCGI_VERSION_1) {
return 0;
}
len = (hdr.contentLengthB1 << 8) | hdr.contentLengthB0;
padding = hdr.paddingLength;
req->id = (hdr.requestIdB1 << 8) + hdr.requestIdB0;
if (hdr.type == FCGI_BEGIN_REQUEST && len == sizeof(fcgi_begin_request)) {
char *val;
if (safe_read(req, buf, len+padding) != len+padding) {
return 0;
}
req->keep = (((fcgi_begin_request*)buf)->flags & FCGI_KEEP_CONN);
switch ((((fcgi_begin_request*)buf)->roleB1 << 8) + ((fcgi_begin_request*)buf)->roleB0) {
case FCGI_RESPONDER:
val = estrdup("RESPONDER");
zend_hash_update(req->env, "FCGI_ROLE", sizeof("FCGI_ROLE"), &val, sizeof(char*), NULL);
break;
...
default:
return 0;
}
if (safe_read(req, &hdr, sizeof(fcgi_header)) != sizeof(fcgi_header) || hdr.version < FCGI_VERSION_1) {
return 0;
}
len = (hdr.contentLengthB1 << 8) | hdr.contentLengthB0;
padding = hdr.paddingLength;
while (hdr.type == FCGI_PARAMS && len > 0) {
if (safe_read(req, &hdr, sizeof(fcgi_header)) != sizeof(fcgi_header) || hdr.version < FCGI_VERSION_1) {
req->keep = 0;
return 0;
}
len = (hdr.contentLengthB1 << 8) | hdr.contentLengthB0;
padding = hdr.paddingLength;
}
...
}
}假设此次请求为PHP_MODE_STANDARD则会调用php_execute_script执行PHP文件。这里就不展开了。
fcgi_finish_request(&request, 1);
int fcgi_finish_request(fcgi_request *req, int force_close)
{
int ret = 1;
if (req->fd >= 0) {
if (!req->closed) {
ret = fcgi_flush(req, 1);
req->closed = 1;
}
fcgi_close(req, force_close, 1);
}
return ret;
}在fcgi_finish_request中调用fcgi_flush，fcgi_flush中封装一个FCGI_END_REQUEST消息体，再通过safe_write写入 socket 连接的客户端描述符。
标准输入和标准输出在上面没有一起讨论，实际在cgi_sapi_module结构体中有定义，但是cgi_sapi_module这个sapi_module_struct结构体与其他代码耦合太多，我自己也没深入的理解，这里简单做下比较，希望其他网友予以指点、补充。
cgi_sapi_module中定义了sapi_cgi_read_post来处理POST数据的读取.
while (read_bytes < count_bytes) {
fcgi_request *request = (fcgi_request*) SG(server_context);
tmp_read_bytes = fcgi_read(request, buffer + read_bytes, count_bytes - read_bytes);
read_bytes += tmp_read_bytes;
}在fcgi_read中则对FCGI_STDIN的数据进行读取。
同时cgi_sapi_module中定义了sapi_cgibin_ub_write来接管输出处理，而其中又调用了sapi_cgibin_single_write，最后实现了FCGI_STDOUT FastCGI 数据包的封装.
fcgi_write(request, FCGI_STDOUT, str, str_length);
Das obige ist der detaillierte Inhalt vonVertiefte Kenntnisse der PHP-Implementierung des FastCGI-Protokolls. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!
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