理解CGI，FastCGI，SCGI和WSGI

本文简要介绍CGI，FastCGI，SCGI，WSGI，以求达到理解清楚其概念的程度。

CGI，Common Gateway Interface，是一种Web Server与本机上的外部程序通信的机制，用来产生动态网页内容。它是最早的动态网页解决方案。

每当客户端访问一个指向CGI程序的URL，Web Server收到后，就会创建一个新的子进程，以执行此CGI程序。CGI程序执行完毕后，向Web Server输出它的执行结果，子进程退出，然后Server将这些结果返回给客户端浏览器显示。

CGI模式的开销相对较大，因为它是经典的Fork-and-Execution模式，Web Server会为每一个CGI脚本的请求，以创建子进程的方式执行。所以，当请求非常多的时候，服务器上运行CGI脚本的子进程数量也会很多，而且子进程不停地在创建和退出。现在一般生产环境不会使用CGI模式，但是测试环境用的很多，因为很方便。Web Server对CGI的支持是最广泛的，而且配置相对简单。

CGI还有一个优点，即你可以使用任何编程语言来编写CGI脚本或程序，没有限制。CGI程序的stdout被重定向，写入stdout，都是返回给Web Server的内容。

FastCGI（FCGI）

CGI的慢，在于收到请求后再创建和执行子进程。而FastCGI不用等待请求到来后再创建子进程，而是直接先启动一大堆子进程，然后等待请求的到来。这些子进程处理完请求后，并不会退出，而是继续等待下一个请求。因此，这样的机制就省掉了不断地重复创建子进程的消耗，整体效率比CGI要高，但是Web Server也会一直占用更多的内存。

FastCGI的实现，有一个Server，用来接收Web Server转发的请求。FCGI is a lot like proxying. 在CGI中，Web Server复杂根据请求启动CGI进程。在FCGI中，Web Server只是转发请求给FCGI Server Process。

SCGI

Simple CGI，简单的CGI，它是FastCGI在精简数据协议和响应过程后的产物。

SCGI设计目的是为了适应越来越多基于AJAX或REST的HTTP请求，而做出更快更简洁的应答。并且SCGI约定，当服务器返回对一个HTTP协议请求响应后，立刻关闭该HTTP的TCP连接。所以不难看出，SCGI更加适合于普遍意义上SOA所提倡的“请求-忘记”这种通信模式。

似乎网络上关于SCGI的内容不多，上面这段话好多地方都能看到。更多关于SCGI的内容：SCGI - http://en.wikipedia.org/wiki/SCGI

从原理上来看，SCGI和FastCGI类似，二者的性能并无多大差别。但比起后者复杂的协议内容来说，SCGI移除了许多非必要的功能，看起来十分简洁，且实现复杂度更低。

与FastCGI类似，一个SCGI服务器可以动态创建服务器子进程用于处理更多请求（处理完毕将转入睡眠），直至达到配置的子进程上限。当获得Web服务器转发的请求时，SCGI服务器进程会将其转发至子进程，并由子进程运行CGI程序处理该请求。此外，SCGI还能自动销毁退出和崩溃的子进程，具有良好的稳定性。

WSGI

WSGI是Python官方定义的一个Web Server与Python App之间的接口。在Web Server与Python程序之间，一般都还有一个Web Framework，比如Django，Flask。这些框架都是基于WSGI协议，Web Server要支持WSGI，现在基本都需要安装额外的模块。

Python官方之所以这样做，是为了子系统之间的解耦！Python的Web框架不必将自己限制在某一种特定的接口上，Python App在编写的时候，也不需要过度考虑使用什么样的Web Server。各自通过标准接口通信，各自发展壮大。

WSGI是一个函数调用接口规范，因此它不涉及在进程还是在线程中调用的问题，都可以。使用CGI方式可以调用Flask框架下的App，Httpd使用mod_wsgi模块，就是在线程中调用Python。

The WSGI application interface is implemented as a callable object: a function, a method, a class or an instance with an object.__call__() method. That callable must:

接口有两个参数，第一个是dict对象，保存着各种环境变量；第二个是一个callback，用来传递status code and msg和http headers。

(2). return the response body to the server as byte-strings wrapped in an iterable.

# The application interface is a callable object
def application ( # It accepts two arguments:
    # environ points to a dictionary containing CGI like environment
    # variables which is populated by the server for each
    # received request from the client
    environ,
    # start_response is a callback function supplied by the server
    # which takes the HTTP status and headers as arguments
    start_response
):

    # Build the response body possibly
    # using the supplied environ dictionary
    response_body = 'Request method: %s' % environ['REQUEST_METHOD']

    # HTTP response code and message
    status = '200 OK'

    # HTTP headers expected by the client
    # They must be wrapped as a list of tupled pairs:
    # [(Header name, Header value)].
    response_headers = [
        ('Content-Type', 'text/plain'),
        ('Content-Length', str(len(response_body)))
    ]

    # Send them to the server using the supplied function
    start_response(status, response_headers)

    # Return the response body. Notice it is wrapped
    # in a list although it could be any iterable.
    return [response_body.encode()]

实现一个简易WSGI APP

WSGI是Python生态圈内特有的名字，它指一个接口规范，Web Server通过此接口规范与Web App交互。

下面是一个简易的WSGI APP的实现，将请求的部分内容返回输出：

$ cat my_wsgi_app.py 
#!/usr/bin/env python3
import urllib.parse as urlparse
from wsgiref.simple_server import make_server


def wsgi_app(environ, start_response):

    # USER AGENT
    user_agent = environ['HTTP_USER_AGENT']
    # GET or POST 
    request_method = environ['REQUEST_METHOD']
    # PATH_INFO
    path_info = environ['PATH_INFO']
    # QUERY_STRING
    query_string = environ['QUERY_STRING']
    qs = urlparse.parse_qs(query_string)
    # CONTENT_LENGTH
    try:
        content_length = int(environ.get('CONTENT_LENGTH', 0))
    except (ValueError):
        content_length = 0
    # CONTENT_TYPE
    content_type = environ['CONTENT_TYPE']

    # When the method is POST the variable will be sent
    # in the HTTP request body which is passed by the WSGI server
    # in the file like wsgi.input environment variable.
    if request_method == 'POST':
        request_body = environ['wsgi.input'].read(content_length)
    else:
        request_body = b''

    #
    response = []
    response.append('USER_AGENT:'     + user_agent)
    response.append('REQUEST_METHOD:' + request_method)
    response.append('PATH_INFO:'      + path_info)
    response.append('QUERY_STRING:'   + query_string)
    response.append('qs:'             + str(qs))
    response.append('CONTENT_LENGTH:' + str(content_length))
    response.append('CONTENT_TYPE:'   + content_type)
    response.append('REQUEST_BODY:'   + request_body.decode())
    response = '\n'.join(response) + '\n'

    status = '200 OK'
    response_headers = [
        ('Content-Type', 'text/plain'),
        ('Content-Length', str(len(response)))
    ]
    start_response(status, response_headers)

    return [response.encode()]


# Instantiate the server
httpd = make_server (
    'localhost', # The host name
    8051,        # A port number where to wait for the request
    wsgi_app     # The application object name, in this case a function
)


httpd.serve_forever()

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