CGI，FastCGI，WSGI概念解读

前言

涉及到一些名词解读，无奈能力有限，无法完全用自己的话来解释，只能拾人牙慧，做些整理的工作。如有不当，还请指出。

CGI

概念：CGI即通用网关接口(Common Gateway Interface)，是外部应用程序（CGI程序）与Web服务器之间的接口标准，是在CGI程序和Web服务器之间传递信息的规程。CGI规范允许Web服务器执行外部程序，并将它们的输出发送给Web浏览器，CGI将Web的一组简单的静态超媒体文档变成一个完整的新的交互式媒体。通俗的讲CGI就像是一座桥，把网页和WEB服务器中的执行程序连接起来，它把HTML接收的指令传递给服务器的执行程序，再把服务器执行程序的结果返还给HTML页。CGI 的跨平台性能极佳，几乎可以在任何操作系统上实现。

CGI的工作方式大致可以描述为：

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
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
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
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
Web服务器收到结果后，构建Response返回给客户端，并杀死CGI进程

特点：CGI采用的是“fork-and-execute”的工作模式

问题：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。

改进：

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。
使用FastCGI技术

FastCGI

概念：FastCGI（快速通用网关接口），是CGI的增强版本。
特点：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。

应用：

PHP-CGI，PHP自带的FastCGI管理器
PHP-FPM，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，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。

FastCGI的工作方式大致可以描述为：

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
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
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
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
FastCGI子进程接着等待下一个新的连接

缺点：以PHP-CGI为例

变更php.ini配置后，需重启PHP-CGI才能生效，不能平滑重启
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）

改进：FastCGI标准下写异步的Web服务还是不太方便，希望能够收到请求后CGI端去处理，处理完毕后通过Callback回调来返回结果，有了WSGI。

WSGI

概念：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。

WSGI的工作方式大致可以描述为：
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。

代码描述：

	def application(env, start_response):
	    start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/html')])
	    return [b"Hello World"]

方法 application由 web服务器调用，参数env，start_response 由 web服务器实现并传入。其中，env是一个字典，包含了类似 HTTP_HOST，HOST_USER_AGENT，SERVER_PROTOCO 等环境变量。start_response则是一个方法，该方法接受两个参数，分别是status，response_headers。application方法的主要作用是，设置 http 响应的状态码和 Content-Type 等头部信息，并返回响应的具体结果。

上述代码就是一个完整的 WSGI 应用，当一个支持 WSGI 的 web服务器接收到客户端的请求后，便会调用这个 application 方法。WSGI 层并不需要关心env，start_response 这两个变量是如何实现的，就像在 application 里面所做的，直接使用这两个变量即可。

应用：
比如 Flask，webpy，Django、CherryPy ，python都带着 WSGI server 。当然性能都不好，自带的web server 更多的是测试用途, 线上发布时，则使用高性能的 wsgi server或者是联合nginx做uwsgi 。
Gunicorn是一个Python WSGI UNIX的HTTP服务器。
特点是与各个web结合紧密，部署特别方便。缺点也很多，不支持HTTP1.1，并发访问性能不高。

优点：

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
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

uwsgi 和uWSGI

概念：uwsgi 同 wsgi 一样也是一种协议，uWSGI服务器正是使用了 uwsgi 协议；uWSGI实现了 uwsgi 和 WSGI 两种协议的web服务器。
注意： uWSGI 本质上也是一种 web服务器，处于上面描述的三层结构中的 web服务器层。

总结：WSGI是python的接口规范，这个规范是针对WEB服务器和python应用（框架等）的交互的。FASTCGI则是两者底层的通信协议的规范。

参考链接

网关协议学习：CGI、FastCGI、WSGI：https://www.biaodianfu.com/cgi-fastcgi-wsgi.html
聊聊CGI、FastCGI、WSGI：https://www.jianshu.com/p/1f8aec6f2bd1
WSGI、flup、fastcgi、web.py的关系：https://www.douban.com/note/13508388/
如何理解Nginx, WSGI, Flask之间的关系：https://blog.csdn.net/shenxiaoming77/article/details/80093240
简单的WSGI例子：https://blog.csdn.net/violet_echo_0908/article/details/52292350
网关协议学习：CGI、FastCGI、WSGI：https://www.biaodianfu.com/cgi-fastcgi-wsgi.html