如何理解 CGI, WSGI？

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WSGI, Web Server Gateway Interface
如全称代表的那样，WSGI不是服务器，不是API，不是Python模块，更不是什么框架，而是一种服务器和客户端交互的接口规范！
更具体的规范说明请搜索“PEP 3333”。
在WSGI规范下，web组件被分成三类：client, server, and middleware.
WSGI apps(服从该规范的应用)能够被连接起来(be stacked)处理一个request，这也就引发了中间件这个概念，中间件同时实现c端和s端的接口，c看它是上游s，s看它是下游的c。
WSGI的s端所做的工作仅仅是接收请求，传给application（做处理），然后将结果response给middleware或client.除此以外的工作都交给中间件或者application来做。 正好最近在学习CGI。

CGI是比较原始的开发动态网站的方式。你可以想象一下，一个网站的动态内容肯定是程序生成的，光是静态的html页面无法达到这个效果。那么，这个程序就需要接受客户端的请求，然后进行相应处理，再返回给客户端，客户端和服务端的通信当然是通过HTTP协议。

然后我们会发现，这个程序在处理客户端请求的时候，大部分时候会进行很多重复的工作，比如说HTTP请求的解析。也就是说，你的程序需要解析HTTP请求，我的程序也需要解析。

于是为了DRY原则，Web服务器诞生了。（以下所说的都是CGI的工作模式）

于是Web服务器可以解析这个HTTP请求，然后把这个请求的各种参数写进进程的环境变量，比如
REQUEST_METHOD，PATH_INFO之类的。之后呢，服务器会调用相应的程序来处理这个请求，这个程序也就是我们所要写的CGI程序了。它会负责生成动态内容，然后返回给服务器，再由服务器转交给客户端。服务器和CGI程序之间通信，一般是通过进程的环境变量和管道。

这样做虽然很清晰，但缺点就是每次有请求，服务器都会fork and exec，每次都会有一个新的进程产生，开销还是比较大的。

原因在与CGI程序是一个独立的程序，它是可以独立运行的（在提供HTTP请求的情况下），它可以用几乎所有语言来写，包括perl，c，lua，python等等。所以对于一个程序，服务器只能以fork and exec的方式来调用它了。

我所理解的CGI差不多就是这样。 cgi是通用网关接口，是连接web服务器和应用程序的接口。

web服务器负责接收http请求，但是http请求从request到response的过程需要有应用程序的逻辑处理，web服务器一般是使用C写的，比如nginx，apache。而应用程序则是由各种语言编写，比如php，java，python等。这两种语言要进行交互就需要有个协议进行规定，而cgi就是这么个网关协议。

拿nginx+fastcgi+php为例子，nginx里面的fastcgi模块实现cgi的客户端，php的cgi-sapi实现cgi的服务端。

WSGI就是Python的CGI包装，相对于Fastcgi是PHP的CGI包装 CGI(Common Gateway Interface)可以说是一种替代用户直接访问服务器上文件而诞生的一种“代理”，用户通过CGI来获取动态数据或文件等。

从最原始的意义上来说，CGI是一种设计思想，其最早的实现是每次请求都直接调用操作系统来创建进程、销毁进程，这种程序虽然效率不高但是给WEB数据动态访问提供了很好的思路。

现在经过改进的CGI效率已经大大提高，尤其是fastCGI等实现。

而WSGI是Web Server Gateway Interface的简称，从名字上看和CGI一定有渊源。事实上，由于之前的CGI程序和编写WEB服务所用的语言往往是不同的（CGI用C，WEB用PHP等），WSGI的其中一个目的就是让用户可以用统一的语言编写前后端，WSGI参考了CGI的设计，对CGI的设计思想进行了进一步包装。
参考：http://www.python.org/dev/peps/pep-0333/#the-server-gateway-side

这么做执行效率当然不高，不过根据《黑客与画家》最后的预言，这些效率是值的牺牲了，未来谁知道呢。

总结来说：
1、CGI是一种为用户动态提供所需数据的设计思想，它有很多各种不同语言的实现。
2、WSGI是Python对CGI进行的一种包装，核心使用Python实现，具体实现通常来说也需要使用Python，目前Django、Google webapp框架都实现了WSGI。

HTH. cgi通过环境变量，输入输出流完成web server与处理逻辑的http协议的交互，由于是基于流方式，所以各种语言都可以写cgi程序。wsgi是将web server参数python化，封装为request对象传递给apllication命名的func对象并接受其传出的response参数，由于其处理了参数封装和结果解析，才有python世界web框架的泛滥，在python下，写web框架就像喝水一样简单:) 简单看了一下PEP-0333，谈谈个人见解：

WSGI里的组件分为『Server』，『Middleware』和『Application』三种，其中的『Middleware』是『设计模式』里的Decorator（装饰器）。

WSGI规范在PEP-333里讲得很详细：PEP 0333 -- Python Web Server Gateway Interface v1.0 ，但我觉得比理解规范更重要的，是理解其设计目的和工作原理。

WSGI规范写得有点绕，之所以绕， 主要原因可能是没有用『类型提示（Type Hints）』，如果用强类型OOP语言的那种『Interface』和『UML』来解释会清晰很多。下面我试试用这种带有『类型提示』的风格简单讲讲WSGI的原理。


首先是『Application』

如果把它算作接口的话，它 要能被直接调用（Callable），换句话说，它应该是一个函数或者定义了『__call__』方法的对象，『__call__』方法的签名是这样的：

def __call__(environ: Dict[String, Any],
start_response: (String, List) -> Any)): Iterable[String]

一个HTTP请求过来，一直到最后返回一个页面，经过哪些环节。把整个流程梳理清楚了，才能真正的理解这几个概念的位置，以及他们之间的关系。

有一篇很好的文章（WSGI、flup、fastcgi、web.py的关系），直接转贴（感谢原作者）

Apache/lighttpd: 相当于一个request proxy，根据配置，把不同的请求转发给不同的server处理，例如静态的文件请求自己处理，这个时候它就像一个web server，对于fastcgi/python这样的请求转发给flup这样的Server/Gateway进行处理

flup: 一个用python写的web server，也就是cgi中所谓的Server/Gateway，它负责接受apache/lighttpd转发的请求，并调用你写的程序 (application)，并将application处理的结果返回到apache/lighttpd

fastcgi: apache/lighttpd的一个模块，虽然flup可以作为一个独立的web server使用，但是对于浏览器请求处理一般都交给 apache/lighttpd处理，然后由apache/lighttpd转发给flup处理，这样就需要一个东西来把apache/lighttpd跟flup联系起来，这个东西就是fastcgi，它通过环境变量以及socket将客户端请求的信息传送给flup并接收flup返回的结果

web.py: 应该说有了上面的东西你就可以开始编写你的web程序了，但是问题是你就要自己处理浏览器的输入输出，还有cookie、session、模板等各种各样的问题了，web.py的作用就是帮你把这些工作都做好了，它就是所谓的web framework，另外一个出名的是django，不过感觉太复杂了，web.py差不多就够用了

WSGI : 除了flup Server/Gateway外还有很多其他人的写的Server/Gateway, 这个时候就会出问题了，如果你在flup上写了一个程序，现在由于各种原因你要使用xdly了，这个时候你的程序也许就要做很多痛苦的修改才能使用 xdly server了，WSGI就是一个规范，他规范了flup这个服务应该怎么写，应该使用什么方式什么参数调用你写的程序(application)等，当然同时也规范你的程序应该怎么写了，这样的话，只要flup跟xdly都遵守WSGI的话，你的程序在两个上面都可以使用了，flup就是一个WSGI server

CGI，一言以蔽之——协议。为了和普通的网络协议做区分，我们可以称之为接口协议。所谓协议就是各方约定，达成共识的一种规则。比如中国公路靠右行驶，这就是公路的协议。网络协议约定的是逐字节的含义，大家遵守，就能方便解析，理解。CGI约定的不是逐字节的语义，而是一个个kv（不完全是kv，但可以大概这么理解）。用一个不太恰当的比喻来形容，网络协议描述的单位是数组，而CGI接口协议描述的是map（或者说字典，或者说关联数组）。
CGI是古老的web技术，在php这类动态网页语言出现之前承担过一个时期的历史任务。当时多是用perl或c来编写CGI程序。前端通过表单或其他东西可以向服务器（比如Apache）发送一个URL，以及额外的参数（get或post等请求类型及其参数，服务器的信息等等），还有cookie等信息。那么Apache在开启 了cgi模块以后可以将其发送给一个CGI程序，这个程序可以是各种语言，比如c++（或c语言）就是从环境变量中解析出这样请求的具体参数。然后向标准输出输出内容（比如cout了一段HTML代码），这些内容没有被打印到控制台上，而是最终响应给了你的浏览器，渲染出了网页。重要一点是CGI程序记得要自己先输出http报头哦。缺点是每一次向CGI发送请求，都会生成一个CGI进程，，这种就是所谓的fork-and-exec模式，也通常是导致并发瓶颈的症结。反向代理加上大型的的分布式系统可以一定程度上减轻这些压力。
大浪淘沙，如今CGI几乎已经消失在了人们的视野中，然而它确实让你了解很多web底层知识的好工具。近年来由于fcgi的出现，一直以来被人们所诟病的fork-and-exec问题得到解决，使得CGI多少又浮出了一点水面。
顺带一提，，腾讯几乎是是国内硕果仅存的使用c++和CGI做web后端（大部分业务，不过应该不是全部业务采用cgi）的公司了，这主要是由于历史原因吧。 大学生朋友们，如果应聘腾讯看到后台工程师的技能要求是c++，千万不要惊讶。。看到php是前端工程师的要求也别奇怪，毕竟c++直接cout出来HTML还是略蛋疼，php做这层view应该是一种高效的解决方案吧。当然不加php，前端直接对接后台c++也是不奇怪的，毕竟restful的风格走俏嘛!

手机码字不易。 CGI是一种设计思想，其最早的实现是每次请求都直接调用操作系统来创建进程、销毁进程；但是cgi的实现也可以基于event模型，这样不必新建进程，甚至不必创建新的线程，从而使效率获得提升。具体过程：
1、在创建socket后，将http_receiver作为通道event的处理函数，收取每个字符；
catch {fileevent $channel readable [list http_receiver $channel $chost $cport]}
2、在http_receiver中捕捉eof，完成http报文头的提取；在这里要同时处理认证，认证通过的给出cgi函数，并要将参数、ip地址、端口等都传到cgi函数：
www_give_cgi $channel $channel $args $request $chost $cport
3、在cgi函数中根据ip地址、端口判断用户，并给出适合该用户的响应。 先看一下这里的关系图
nginx[+spawn-fcgi]+flup+webpy服务搭建

我觉的flup在这里的角色应该是中间件：
向前能够满足FastCGI规范要求的Socket长连接、Shell环境变量传递请求参数
向后能够满足WSGI规范要求的“异步回调”。（异步回调的思想在Node.js这个WebServer解决方案中被强调的非常重，可以简单搜索一下做一个了解）

另一篇博客也总结的很好，居然很难搜到。比较详细，放在后面看。
网关协议学习：CGI、FastCGI、WSGI