前言

這次更新主要實現(xiàn)一下 CGI 協(xié)議。

先放上GitHub鏈接https://github.com/zhenbianshu/tinyServer

作為一個服務器，基本要求是能受理請求，提取信息并將消息分發(fā)給 CGI 解釋器，再將解釋器響應的消息包裝后返回客戶端。在這個過程中，除了和客戶端 socket 之間的交互，還要牽扯到第三個實體 - 請求解釋器。

如上圖所示，客戶端負責封裝請求和解析響應，服務器的主要職責是管理連接、數(shù)據(jù)轉換、傳輸和分發(fā)客戶端請求，而真正進行數(shù)據(jù)文檔處理與數(shù)據(jù)庫操作的就是請求解釋器，這個解釋器，在 PHP 中一般是 PHP-FPM，JAVA 中是 Servlet。

我們之前進行的處理多在客戶端和服務器之間的通信，以及服務器的內部調整，這次更新的內容主要是后面兩個實體之間的進程間通信。

進程間通信牽涉到三個方面，即方式和形式和內容。

方式指的是進程間通信的傳輸媒介，如 Nginx 中實現(xiàn)的 TCP 方式和 Unix Domain Socket，它們分別有跨機器和高效率的優(yōu)點，還有我實現(xiàn)的服務器用了很 low 的popen方式。

而形式就是數(shù)據(jù)格式了，我認為它并無定式，只要服務器容易組織數(shù)據(jù)，解釋器能方便地接收并解析，最好也能節(jié)約傳輸資源，提高傳輸效率。目前的解決方案有經(jīng)典的 xml，輕巧易理解的 json 和谷歌高效率的 protobuf。它們各有優(yōu)點，我選擇了 json，主要是因為有CJson庫的存在，數(shù)據(jù)在 C 中方便組織，而在PHP中，一個json_decode()方法就完成了數(shù)據(jù)解析。

至于應該傳輸哪些內容呢？CGI 描述了一套協(xié)議：

CGI

通用網(wǎng)關接口（Common Gateway Interface/CGI）是一種重要的互聯(lián)網(wǎng)技術，可以讓一個客戶端，從網(wǎng)頁瀏覽器向執(zhí)行在網(wǎng)絡服務器上的程序請求數(shù)據(jù)。CGI描述了服務器和請求處理程序之間傳輸數(shù)據(jù)的一種標準。

CGI 是服務器與解釋器交互的接口，服務器負責受理請求，并將請求信息解釋為一條條基本的請求信息（在文檔中被稱為“元數(shù)據(jù)”），傳送給解釋器來解釋執(zhí)行，而解釋器響應文檔和數(shù)據(jù)庫操作信息。

之前看了一下 CGI 的 RFC 文檔，總結了幾個重要點，有興趣的可以看下底部參考文獻。常見規(guī)范（信息太多，只考慮 MUST 的情況）如下：

CGI請求

• 服務器根據(jù) 以 / 分隔的路徑選擇解釋器；
• 如果有 AUTH 字段，需要先執(zhí)行 AUTH，再執(zhí)行解釋器;
• 服務器確認 CONTENT-LENGTH 表示的是數(shù)據(jù)解析出來的長度，如果附帶信息體，則必須將長度字段傳送到解釋器；
• 如果有 CONTENT-TYPE 字段，服務器必須將其傳給解釋器；若無此字段，但有信息體，則服務器判斷此類型或拋棄信息體；
• 服務器必須設置 QUERY_STRING 字段，如果客戶端沒有設置，服務端要傳一個空字符串“”
• 服務器必須設置 REMOTE_ADDR，即客戶端請求IP；
• REQUEST_METHOD 字段必須設置， GET POST 等，大小寫敏感；
• SCRIPT_NAME 表示執(zhí)行的解釋器腳本名，必須設置；
• SERVER_NAME 和 SERVER_PORT 代表著大小寫敏感的服務器名和服務器受理時的TCP/IP端口；
• SERVER_PROTOCOL 字段指示著服務器與解釋器協(xié)商的協(xié)議類型，不一定與客戶端請求的SCHEMA 相同，如'https://'可能為HTTP；
• 在 CONTENT-LENGTH 不為 NULL 時，服務器要提供信息體，此信息體要嚴格與長度相符，即使有更多的可讀信息也不能多傳；
• 服務器必須將數(shù)據(jù)壓縮等編碼解析出來；

CGI響應

• CGI解釋器必須響應 至少一行頭 + 換行 + 響應內容；
• 解釋器在響應文檔時，必須要有 CONTENT-TYPE 頭；
• 在客戶端重定向時，解釋器除了 client-redir-response=絕對url地址，不能再有其他返回，然后服務器返回一個 302 狀態(tài)碼；
• 解釋器響應 三位數(shù)字狀態(tài)碼，具體配置可自行搜索；
• 服務器必須將所有解釋器返回的數(shù)據(jù)響應給客戶端，除非需要壓縮等編碼，服務器不能修改響應數(shù)據(jù)；

Nginx和PHP的CGI實現(xiàn)

介紹完了 CGI，我們來參考一下當前服務器 CGI 協(xié)議實現(xiàn)的成熟方案，這里挑選我熟悉的 Nginx 和 PHP。

在 Nginx 和 PHP 的配合中，Nginx 自然是服務器，而解釋器是 PHP 的 SAPI。

SAPI

SAPI: Server abstraction API，指的是 PHP 具體應用的編程接口，它使得 PHP 可以和其他應用進行交互數(shù)據(jù)。

PHP 腳本要執(zhí)行可以通過很多種方式，通過 Web 服務器，或者直接在命令行下，也可以嵌入在其他程序中。常見的 sapi 有apache2handler、fpm-fcgi、cli、cgi-fcgi，可以通過 PHP 函數(shù)php_sapi_name()來查看當前 PHP 執(zhí)行所使用的 sapi。

PHP5.3 之前使用的與服務器交互的 sapi 是cgi，它實現(xiàn)基本的 CGI 協(xié)議，由于它每次處理請求都要創(chuàng)建一個進程、初始化進程、處理請求、銷毀進程，消耗過大，使得系統(tǒng)性能大大下降。

這時候便出現(xiàn)了 CGI 協(xié)議的升級版本 Fast-CGI。

PHP-FPM

快速通用網(wǎng)關接口（Fast Common Gateway Interface／FastCGI）是一種讓交互程序與Web服務器通信的協(xié)議。FastCGI是早期通用網(wǎng)關接口（CGI）的增強版本。

Fast-CGI 提升效率主要靠將 CGI 解釋器長駐內存重現(xiàn)，避免了進程反復加載的損耗。PHP 的 sapi cgi-fcgi實現(xiàn)了 Fast-CGI 協(xié)議，提升了 PHP 處理 Web 請求的效率。

那么我們常見的 php-fpm 是什么呢？它是一種進程管理器（PHP-FastCGI Process Manager），它負責管理實現(xiàn) Fast-CGI 的那些進程（worker進程），它加載php.ini信息，初始化 worker 進程，并實現(xiàn)平滑重啟和其他高級功能。

Nginx 將請求都交給 php-fpm，fpm 選擇一個空閑工作進程來處理請求。

糾偏

這里總結一下幾個名字，以防混淆：

• sapi，是 PHP 與外部進程交互的接口；
• CGI/Fast-CGI（大寫）是一種協(xié)議；
• 本節(jié)中出現(xiàn)的 cgi（小寫），是指 PHP 的 sapi，即實現(xiàn) CGI 協(xié)議的一種接口。
• php-fpm 是管理實現(xiàn)了Fast-CGI協(xié)議的進程的一個進程。

代碼實現(xiàn)

介紹完了高端的Nginx服務器，說一下我的實現(xiàn)：

服務器解析 http 報文，實現(xiàn) CGI 協(xié)議，將數(shù)據(jù)包裝成 json 格式，通過 PHP 的cli sapi 發(fā)送至 PHP 進程，PHP 進程解析后響應 json 格式數(shù)據(jù)，服務器解析響應數(shù)據(jù)后包裝成 http 響應報文發(fā)送給客戶端。

http_parser

首要任務是解析 http 報文，C 中沒有很豐富字符串函數(shù)，我也沒有封裝過常用的函數(shù)庫，所以只好臨時自己實現(xiàn)了一個util_http.c，這里介紹幾個處理 http 報文時好用的字符串函數(shù)。

strtok(char str[], const *delimeter)，將 delimeter 設置為 "\n"，分行處理 http 報文頭正好適合。

sscanf(const *str, format, dest1[,dest...])，它從字符串中以特定格式讀取字符串，讀取時的分隔符是空格，用它來處理 http 請求行十分方便。

至于解析 http 報文頭的鍵值對應，沒想到好方法，只好使用字符遍歷來判斷。

cJSON

cJSON 是一個 C 實現(xiàn)的用以生成和解析 json 格式數(shù)據(jù)的函數(shù)庫，在 GitHub 上可以輕松搜到，只用兩個文件 cJSON.c和cJSON.h即可。

需要注意：C 作為強類型語言，往 json 內添加不同類型的數(shù)據(jù)要使用不同的方法，cJSON 支持 string, bool, number, cJSON object等類型。

這里簡單地介紹一下生成和解析的一般方法；

生成：

cJSON *root; // 聲明cJSON格式數(shù)據(jù)
root = cJSON_CreateObject(); // 創(chuàng)建一個cJSON對象
cJSON_AddStringToObject(root, "key", "value") // 往cJSON對象內添加鍵值對
char *output = cJSON_PrintUnformatted(root); // 生成json字符串
cJSON_Delete(root); // 別忘記釋放內存

解析：

cJSON *json = cJSON_Parse(response_json);
value = cJSON_GetObjectItem(cJSON, "key");

當然，也可以聲明 cJSON 類型的數(shù)據(jù)進行嵌套；

以上就是如何用C寫一個web服務器之CGI協(xié)議的詳細內容，更多關于用C寫一個web服務器之CGI協(xié)議的資料請關注腳本之家其它相關文章！