CGI（Common Gateway Interface）协议详解

CGI（通用网关接口）是一种标准化的协议，定义了 Web服务器 与 外部程序（如脚本或可执行文件）之间的数据交互方式。它允许服务器动态生成网页内容，而不仅仅是返回静态文件。

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1. CGI 的核心作用

• 动态内容生成：早期的Web服务器只能返回静态HTML文件，CGI的出现使得服务器可以运行程序生成动态内容（如用户登录、数据库查询等）。

• 跨语言支持：可以用任何编程语言编写（如Perl、Python、PHP、C、Bash等），只要程序能读取环境变量和标准输入（stdin），并输出到标准输出（stdout）。

• 无状态处理：每次HTTP请求都会启动一个新的CGI进程，处理完毕后立即退出（现代方案如FastCGI优化了这一点）。

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2. CGI 的工作原理

当用户访问一个CGI程序时（如 http://example.com/cgi-bin/script.py），流程如下：

1. 客户端发送HTTP请求（如GET或POST）到Web服务器（如Apache/Nginx）。

2. 服务器识别CGI请求（通常放在/cgi-bin/目录或特定扩展名如.cgi）。

3. 服务器启动CGI程序（如Python脚本），并设置环境变量（如QUERY_STRING、REQUEST_METHOD）。

4. CGI程序执行：

   • 读取环境变量（如$_SERVER in PHP、os.environ in Python）。

   • 处理输入数据（GET参数从环境变量读取，POST数据从stdin读取）。

   • 生成动态内容，输出到stdout（必须包含HTTP头，如Content-Type: text/html）。

5. 服务器捕获输出，并返回HTTP响应给客户端。

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3. CGI 的关键组成部分

(1) 环境变量（由服务器传递给CGI程序）

变量名	说明
REQUEST_METHOD	HTTP方法（GET/POST/PUT等）
QUERY_STRING	URL中?后的查询参数（如name=foo&age=20）
CONTENT_TYPE	POST/PUT请求的Body类型（如application/x-www-form-urlencoded）
CONTENT_LENGTH	POST数据的字节长度
HTTP_USER_AGENT	客户端浏览器信息（如Mozilla/5.0）
REMOTE_ADDR	客户端IP地址
SCRIPT_NAME	CGI脚本的路径（如/cgi-bin/hello.py）

(2) 输入数据

• GET请求：参数通过QUERY_STRING传递（如?id=123）。

• POST请求：数据通过标准输入（stdin）传递，需读取CONTENT_LENGTH字节。

(3) 输出规范

CGI程序必须：

1. 先输出HTTP头（如Content-Type: text/html）。

2. 空一行（\n\n），之后才是响应内容（HTML/JSON等）。

示例（Python CGI）：

#!/usr/bin/env python
print("Content-Type: text/html\n\n")  # 必须的空行
print("
Hello, CGI!
")

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4. CGI 的优缺点

优点

✅ 简单通用：任何语言都能写，适合小型动态网页。
✅ 跨平台：所有主流Web服务器（Apache/Nginx/IIS）均支持。
✅ 无依赖：不要求特定框架或运行时（如PHP-FPM、uWSGI）。

缺点

❌ 性能差：每次请求都启动新进程，高并发时资源消耗大。
❌ 无持久化：无法保持数据库连接等长期状态。
❌ 安全性风险：需谨慎处理用户输入（如Shell注入）。

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5. 现代替代方案

由于CGI的性能问题，现在更多使用：

技术	说明
FastCGI	持久化进程处理多个请求（PHP-FPM基于此）。
SCGI	简化版FastCGI，性能接近但协议更简单。
WSGI	Python的Web服务器网关接口（如Flask/Django使用）。
PHP-FPM	PHP的FastCGI进程管理器，替代mod_php。
嵌入式	如Apache的mod_php、Nginx的uWSGI，直接与服务器集成。

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6. 示例：用不同语言实现CGI

(1) Bash CGI

#!/bin/bash
echo "Content-Type: text/plain"
echo ""
echo "Hello from Bash CGI!"

(2) Python CGI

#!/usr/bin/env python
import os

print("Content-Type: text/html\n\n")
print(f"
QUERY_STRING: {os.environ.get('QUERY_STRING')}
")

(3) PHP CGI

Hello, " . ($_GET['name'] ?? 'Guest') . "!";
?>

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7. 总结

• CGI是早期动态网页的核心技术，定义了Web服务器与外部程序的交互标准。

• 虽然性能较低，但所有Web开发语言都支持CGI模式（包括PHP、Python、Perl等）。

• 现代Web开发已转向更高效的方案（如FastCGI、WSGI），但理解CGI仍有助于掌握底层HTTP交互机制。

如果你的目标是高性能Web应用，建议使用PHP-FPM或Python WSGI；如果只是简单脚本，CGI仍然可用。