主題：CGI技術及其開發(一)返回 日期: 1991/3/30 作者:戚文敏 作為Internet上最主要的資訊管理和組織手段，WWW由一系列相應的技術及應用構 成，其組成技術包括HTTP、HTML、URL以及CGI等。WWW伺服器本身提供一些基本功 能，以完成用戶端的請求和自身的管理。但不同的用戶有不同的功能要求，其中許 多功能是WWW伺服器本身 不能提供的（比如線上查詢等），它必須提供一種擴展手 段，以允許用戶編寫擴展應用程式來擴展伺服器的功能。CGI（CommonGatewayInterface， 即通用閘道介面）就是這樣的一種標準擴展技術。下面就CGI的基本技術及其開發 進行討論。 一、CGI技術 1．1CGI的提出 CGI是外部擴展應用程式與WWW伺服器交互的一個標準介面。按照CGI標準編寫的外 部擴展應用程式可以處理用戶端（一般是WWW流覽器）輸入的協同工作資料，完成 用戶端與伺服器的交互操作。這在實際應用中非常有用，如可以編寫CGI外部擴展 程式來訪問外部資料庫，用戶端用戶可以通過它和WWW伺服器來進行資料查詢。CGI 一般分兩種：標準CGI和緩衝CGI。所有的WWW伺服器均應支援標準CGI，按標準CGI 編寫的程式與具體的WWW伺服器無關。而按緩衝CGI編寫的程式與WWW伺服器有關。 1．2CGI的工作原理 1．標準CGI 用戶端、伺服器、CGI介面與外部程式間的關係可用圖1－1表示：如上圖所示，服 務器是用戶端（如流覽器）與擴展程式之間的通道。當用戶端的用戶完成了一定 輸入工作（比如填充完HTML文檔中的FORM表）之後向伺服器發出HTTP請求（稱為CGI 請求），伺服器守護進程接收到該請求後，就創建一個子進程（稱為CGI進程）。 該CGI子進程將CGI請求的有關資料設置成環境變數，在外部CGI程式與伺服器間建 立兩條資料通道（標準I／O），然後啟動URL指定的CGI程式，並與該子進程保持同 步，以監測CGI程式的執行狀態。子進程通過標準輸出流將處理結果傳遞給伺服器 守護進程，守護進程再將處理結果作為應答消息回送到用戶端。外部CGI程式通過 環境變數、命令行參數、標準輸入輸出與WWW伺服器進行通訊，傳遞有關參數和處 理結果。＊環境變數：當伺服器守護進程創建子進程運行CGI程式時，設置相應的 環境變數和命令行參數，以傳遞用戶端和伺服器的有關資訊給該子進程。＊命令行 參數：命令行參數僅在有HTML文檔中有ISINDEX查詢的情況下使用。＊標準輸入輸 出：當HTTP請求模式採用POST方式時，CGI程式通過標準輸入流和有關環境變數來 獲取用戶端傳輸資料；如採用GET方式時，CGI程式直接通過環境變數獲取用戶端傳 輸數據。當CGI程式要返回處理結果（一般為HTML文檔）給用戶端時，它通過標準 輸出流將該結果資料傳遞給伺服器守護進程。 2．緩衝CGI 標準CGI使用Stdin／Stdout來進行資料通訊，這是由其最初開發環境（Unix操作 系統）所決定的。但是許多Windows環境下的編程工具（如VB和Delphi等）是不支 持這種I／O方式的，這時就不能用它們來開發基於標準CGI的應用程式。於是有些 伺服器提出了緩衝CGI的概念。緩衝CGI亦稱為WinCGI。此時CGI擴展程式與伺服器 間通過緩衝CGI而不是標準CGI進行通訊，而緩衝CGI與伺服器間的通訊還是通過標 准CGI介面。後者由WWW伺服器的內置緩衝處理程式實現。這幾部分的關係可用圖 1－2表示：緩衝CGI的工作原理與標準CGI相似，不同的是當伺服器守護進程接收 到用戶端的CGI請求時，所建立的CGI子進程將CGI請求的有關資料設置成環境變數 外，還將它們保存在輸入緩衝區中；通過緩衝處理程式在外部CGI程式與伺服器間 建立兩條資料通道（輸入／輸出緩衝區）。CGI子進程通過輸出緩衝區將處理結果 傳遞給伺服器守護進程。此處外部CGI程式通過環境變數和輸入／輸出緩衝區與WWW 伺服器進行通訊，傳遞有關參數和處理結果。此處環境變數的意義同上，不過這 些環境變數及其相應值保存在輸入緩衝區中。此外，輸入緩衝區中還存放用戶端 的傳輸資料（如採用POST模式的話）。輸出緩衝區用來存放擴展程式的處理結果。 3．標準CGI與緩衝CGI的區別 對CGI擴展程式而言，最主要差別在於資料的I／O不同：對緩衝CGI，伺服器與CGI 擴展程式間的資料交換是通過緩衝區；而標準CGI是通過標準I／O。使用緩衝CGI可 選擇更多的開發工具，可以開發Windows95和WindowsNT下的GUI擴展程式；而使用 標準CGI所選用的開發工具必須支援標準I／O。只有少數幾種WWW伺服器支援緩衝CGI， 因此基於它的擴展程式相容性不如標準CGI好。 1．3CGI與其他WWW技術的關係 CGI作為WWW伺服器的標準擴展技術，由上面CGI的基本原理可知，它和許多其他的 WWW技術密切相關，如HTTP、HTML、MIME和URL等，下面主要就它與前兩種技術的關 系進行研究。 1．CGI與HTTP協議 CGI通過HTTP協定在用戶端和服務端進行通訊：＊用戶端用戶代理向伺服器發送的 請求是HTTP請求消息。該消息中含有處理用戶輸入的CGI擴展程式的URL值。＊CGI 擴展程式在處理結束後，返回給用戶端的應答是HTTP應答消息。因此CGI程式的輸 出資料必須符合HTTP應答消息的語法格式，這在基於CGI標準的開發中非常重要。 2．CGI與HTML語言 CGI擴展程式的輸出資料（HTTP應答消息）一般有兩種：符合MIME類型的文檔（最 普遍的是HTML文檔，表示為text／html）；指向其他文檔的URL鏈結。這兩種方式 都與HTML語言有關，資料的組織須符合HTML語法格式。 1．4CGI開發的幾個問題 基於WWW的人機交互一般有兩種情況：本地交互和通過網路傳輸的交互。前者是指 用戶端用戶的輸入資料在用戶端本地進行處理，然後將處理結果返回給用戶，常 見的開發工具有JavaScript（Netscape開發）和VBScript（Microsoft開發）；後 者是指用戶端用戶輸入的資料通過網路傳輸到WWW伺服器，伺服器處理結束後將處 理結果返回給用戶端用戶，常見的開發技術是WWW伺服器擴展技術（如CGI，API等）。 此處主要討論基於標準CGI技術的通過網路進行資料傳輸的交互實現。對這種人機 交互的實現，主要有三個環節需要解決：如何獲取用戶端傳輸的資料，如何提取有 效資料並處理這些資料，如何向用戶端返回應答。下面分別結合有關技術，談談這 三方面問題的解決。 1．用戶端傳輸資料的獲取 由第三章CGI的原理可知，當服務端守護進程接收到用戶端用戶代理（如流覽器） 提交的CGI請求時，所創建的CGI子進程會設置與CGI請求內容有關的環境變數，並 建立伺服器與外部CGI程式之間通訊的通道（即標準I／O）。CGI程式可以通過環境 變數，標準I／O或命令行參數獲取用戶端用戶輸入的資料。資料的獲取與請求所采 用的HTTP方法（Method）和用戶所使用的請求方式有關。用戶通過CGI請求資料一 般有三種方式：HTMLFORM表，ISINDEX，可點擊圖片（ISMAP或Imagemaps）。後兩 種方式是通過命令行參數傳遞用戶的輸入資料；在C語言中（下面的舉例亦然）， CGI程式可以用argc和argv〔int〕獲得這些參數值。而前一種方式則取決於HTTP請 求方法；但不管採用何種方法，都將用到環境變數來傳遞有關請求內容。 ●獲取環境變數 環境變數的類別很多，包含用戶端和服務端的詳細資訊。在一般CGI程式開發中， 下述幾個環境變數在資料傳遞中起著重要作用。 ＊GATEWAY-INTERFACE CGI程式所使用的CGI標準介面的版本號。如使用的CGI1．1版，該變數表示為 "CGI／1．1" ＊REQUEST-METHOD HTTP請求方法。根據該變數值可判斷CGI請求所採用的請求方法，以決定是通過Stdin 還是通過環境變數QUERY-STRING獲取用戶端傳輸資料。 ＊QUERY-STRING QUERY-STRING是CGI程式URL中〃？〃之後的資料。當使用ISINDEX查詢或FORM表使 用GET方法時，用戶端傳輸資料可以通過讀取該變數而獲得。 ＊CONTENT-LENGTH CONTENT-LENGTH表示用戶端傳輸資料的位元組數。 ＊CONTENT-TYPE CONTENT-TYPE表示用戶端傳輸資料的資料編碼類型。 利用-environ（int）函數可以獲得所有的環境變數及其值； 利用getenv（constchar＊）函數可以獲得指定環境變數的相應值。 ●HTTP請求方法 用戶端用戶代理提交的CGI請求是HTTP請求，其中包括HTTP請求方法。HTTP協議定義 的請求方法中常用的主要有GET和POST。 用戶端FORM表的METHOD屬性用來設置請求方法，其缺省值為GET。如果在FORM中使用 GET方法，CGI程式通過環境變數QUERY-STRING獲取用戶端傳輸資料。如果在FORM中 使用POST方法，CGI程式通過通過CONTENT-LENGTH獲取用戶端傳輸資料的位元組數， 通過Stdin讀取用戶端傳輸資料。 2．有效資料的提取和處理 通過上述方式獲取的用戶端傳輸資料的一般格式為： name〔1〕=value〔1〕＆name〔2〕=value〔2〕＆．．．name〔i〕 =value〔i〕．．．name〔n〕=value〔n〕 （1Ι=iΙ=n） 其中name〔i〕表示變數名，它是在FORM表中某輸入域的名字；value〔i〕表示變數 值，它是用戶在FORM表中某輸入域中輸入的值。用戶端傳輸資料的每對〃Name=Value〃 串由′＆′字元分隔，其資料編碼類型可以從環境變數CONTENT-TYPE獲取。CGI／1．1 版僅支援"application／x－www－form－urlenQcoded"編碼方式。這種編碼方式和 URL的編碼方式一樣，遵循兩個規則：資料中的空格（ASCII碼值32）編碼成′＋′號； 保留字元編碼成〃％XX〃形式，〃XX〃是該字元ASCII值的十六進位表示，比如〃＄〃 的編碼為〃％24〃，〃？〃的編碼為〃％3F〃。因此，要獲取用戶端用戶的輸入資料， 必須對上述獲取的資料進行分離和解碼等處理。利用函數strtok（）、strchr（）等 可以實現資料分離處理，而資料的解碼則需要對整個資料串進行掃描，將資料串中的 〃％XX〃復原為對應的ASCII碼。在提取到有效資料後，還可能進行許多其他的處理， 如資料庫查詢等。這種處理與普通編程相同。 3．向用戶端返回應答 CGI程式處理結束後，通過標準輸出流將應答資訊傳遞給伺服器，再由伺服器返回給發 出請求的用戶端。其輸出的應答資訊是HTTP應答消息，它一般由兩部分組成：應答頭 和應答數據。常見的應答頭包括三種頭域：Content-Type（資料編碼類型，用MIME類 型表示），Location（特定文檔的URL，這種情況不直接向用戶端輸出內容而輸出該URL） 和Status（處理結果的狀態碼和狀態描述）。HTTP應答頭由幾行格式相同的文本構成， 每行的基本格式為：〃頭功能變數名稱：該域內容〃。應答頭和應答體之間用一空行加LF（或 CR／LF）分隔。應答體為CGI擴展程式的輸出資料，其資料類型應該與Content-Type 值相一致。CGI程式的輸出可以用printf（）、puts（）等標準I／O函數來實現。 4．CGI程式的開發及其一般流程 在開發CGI程式過程中，可根據實際情況（伺服器提供的介面、實際需求和程式師經驗 等）選擇編程語言，如C／C＋＋，Perl，TCL，AnyUnixshell，VB，AppleScript。如 果選用C／C＋＋等語言，必須編譯成可執行檔；如果選用Perl等解釋語言，伺服器 必須安裝相應的解釋器。 二、CGI與其他擴展技術的比較 除CGI標準擴展技術外，常見的擴展技術還有API（ApplicationProgrammingInterface） 和SSI（ServerSideIncludes），這兩種技術都與具體的WWW伺服器有關。下麵先對這兩 種技術簡要說明，然後再對這三種技術作比較。SSI技術：當伺服器守護進程接收到客 戶端請求時，其子進程掃描用戶端所請求的文檔，以獲取資料插入標誌，再插入相關動 態資料，然後返回給用戶端。這種技術簡單，但效率不高。API技術：不同的WWW伺服器 提供的API可能不同，比如O′ReillyWebsite提供的是WSAPI；PurveyorWebserver和Microsoft IIS提供的是ISAPI。利用這些API編寫程式的流程和最後生成的檔類型也不一樣；比 如用ISAPI，編寫程式時必須依照它的特定框架，最後建立的檔可以是EXE檔和DLL 文件。下表（圖3－3）列出了CGI、SSI和API三種技術在主要性能方面的比較：SSI CGI API 實現的靈活性 差 好 好 可實現的功能 差 強大 強大對程式師的要求 低 一般 較高 開發與測試時間 短 一般 較長 花費 低 一般 較高操作的風險性 低 低 較大移植性 較好 較好 差 CPU的負載 高 高 較低CGI和API都需要編程實現，利用它們可訪問更 多的數據源；而SSI不需編程。利用API開發的擴展軟體，其運行速度比CGI快，功能也 較CGI強；但其操作有一定的風險，出現錯誤時可能使系統崩潰（CGI程式不會），並 且它非常依賴於具體的伺服器而移植性太差，開發週期較長。CGI在操作的風險性、軟 件移植性、軟體發展難度等方面較API有優勢；其缺點在於CPU負載較高，特別是同時 發生的CGI請求很多時，將影響伺服器的綜合性能。綜合比較而言，CGI比其他兩種技 術更優秀，在實際應用中也最為普遍。 ********************************************************************** 主題：CGI技術及其開發(二)返回 日期: 1991/3/30 作者:戚文敏 在 上 一 講 中， 我 們 設 置 了 用 於 開 發 CGI 程 序 的 系 統。 今 天， 我 們 進 入： 第 二 部 分、 CGI 程 序 設 計 的 概 念 …… 第 二 部 分、 CGI 程 序 設 計 的 概 念 1．0 、 CGI 程 序 的 功 能： 首 先， 什 麼 是 公 共 網 關 接 口（ CGI ） 呢？ CGI 是 一 個 用 於 定 義 WEB 服 務 器 與 外 部 程 序 之 間 通 信 方 式 的 標 准， 使 得 外 部 程 序 能 生 成 HTML 、 圖 象 或 者 其 他 內 容， 而 服 務 器 處 理 的 方 式 與 那 些 非 外 部 程 序 生 成 的 HTML 、 圖 象 或 者 其 他 內 容 的 處 理 方 式 是 相 同 的。 因 此， CGI 程 序 不 僅 使 你 能 生 成 靜 態 內 容， 而 且 能 生 成 動 態 內 容。 使 用 CGI 的 原 因 在 於 它 是 一 個 定 義 良 好 並 被 廣 泛 支 持 的 標 准。 雖 然， Java 、 ActiveX 等 可 以 完 成 CGI 程 序 的 功 能， 但 並 不 是 所 有 瀏 覽 器 都 支 持 它 們。 相 反， 所 有 瀏 覽 器 都 支 持 CGI ， 如： Lynx 、 IE 、 Netscape 等。 然 而， 和 其 他 技 術 一 樣， CGI 也 有 它 的 局 限 性。 本 節 我 就 講 述 CGI 程 序 的 功 能、 優 點 與 不 足。 1．1 、 CGI 功 能 有 許 多 任 務， CGI 是 最 佳 的 是 唯 一 的 選 擇， 這 些 任 務 可 分 為 三 類： 初 級 任 務、 中 級 任 務 和 高 級 任 務。 初 級 任 務 是 一 些 不 用 怎 麼 編 程 的 任 務， 如： 文 本 型 計 數 器 生 成 簡 單 的 HTML 的 程 序 少 於 50 行 用 Perl 語 言、 Shell 腳 本、 C 語 言 或 C 語 言 編 寫 的 程 序 這 樣 的 任 務 用 CGI 來 寫 至 少 有 三 點 好 處： 第 一、 CGI 運 行 最 快， 而 Java 等 開 銷 太 大； 第 二、 CGI 標 准 於 當 前 瀏 覽 器 最 兼 容， 這 一 點 在 前 面 已 經 提 到； 第 三、 CGI 資 源 豐 富， 您 在 Internet 上 可 以 找 到 成 千 上 萬 的 CGI 代 碼。 中 級 任 務 是 包 括 圖 象 映 象 和 其 他 一 些 稍 複 雜 的 程 序 設 計 任 務。 在 中 級 任 務 中， 用 CGI 和 Java 來 編 寫 程 序 的 難 易 程 度 差 別 不 大。 此 類 任 務 包 括： 圖 象 映 象 生 成 整 頁 的 HTML 的 CGI 腳 本 動 畫 很 有 特 點 的 是， 對 于 高 級 任 務， 用 CGI 比 用 Java 編 程 要 簡 單 得 多。 此 類 任 務 有： 後 端 數 據 庫 操 作 搜 索 引 擎 多 重 動 態 頁 面 其 中， 後 端 數 據 庫 操 作（ 存 取 數 據 庫 的 應 用 程 序） 體 現 了 CGI 的 優 越 性。 CGI 有 一 定 的 曆 史， 其 中 很 多 有 用 的 功 能 都 在 CGI 的 庫 中 由 別 人 做 好 了； 同 時， 許 多 大 公 司 提 供 了 用 CGI 承 蠆 僮 髕 涫 菘 獾 姆 椒?６ 遙? ava 是 一 種 程 序 設 計 語 言， 而 CGI 是 網 關 程 序 的 功 能 規 範。 如 果 Java 有 較 大 改 變， 您 得 重 寫 整 個 程 序； 而 CGI 有 較 大 變 化 的， 您 只 要 升 級 CGI 庫 程 序 即 可。 然 而， CGI 在 有 些 方 面 還 是 有 局 限 性 的。 1．2 、 CGI 的 局 限 性 在 圖 象 映 象 和 動 畫 方 面， CGI 程 序 不 如 Java 程 序 開 發 方 便。 現 在 Java 越 來 越 流 行， CGI 程 序 則 越 來 越 適 合 編 寫 簡 短 雜 亂 的 程 序 和 數 據 庫 應 用 程 序。 1．3 、 CGI 程 序 功 能 CGI 程 序 的 最 大 特 點 是 可 以 用 任 何 一 種 語 言 編 制， 可 運 行 在 任 何 一 種 平 台 上， 只 要 它 符 合 CGI 的 規 範 即 可。 下 表 是 一 個 比 較： 任 務 CGI HTML HTML 處 理 表 單 Yes No 創 建 WEB 頁 面 上 非 靜 態 內 容 Yes No 處 理 圖 象 映 象 文 件 Yes Yes 在 WEB 頁 面 和 文 檔 中 搜 索 Yes No 創 建 表 單 Yes Yes 創 建 平 台 無 關 的 文 檔 Yes Yes 創 建 聊 天 室 等 交 互 應 用 程 序 Yes No 頁 面 動 態 生 成 Yes No 按 用 戶 需 要 進 行 頁 面 文 檔 裁 剪 Yes No 下 面， 我 們 用 一 系 列" Hello World " 程 序 結 束 本 講： Perl ： Require "cgi-lib.pl"; print &PrintHeader; print "\n"; print "Hello World\n"; print &PrintEnv; exit; 此 文 件 存 儲 在 C:\HTTPD\CGI-BIN 目 錄 下， 文 件 名 為 2_1.pl 。 在 瀏 覽 器 中 用 地 址 http://localhost/cgi-bin/2_1.pl 調 用。 注 意， 此 時 OmniHTTPD 應 在 運 行。 如 果 一 切 正 常， 您 可 以 在 瀏 覽 器 中 看 見" Hello World " 和 環 境 變 量。 C ： #include #include "html-lib.h" #include "cgi-lib.h" int main() { html_header(); html_begin("Test CGI"); h1("CGI Program"); printf(" ------------------------------------------------------------------------------ -- \n"); h2("CGI Environment Variables"); print_cgi_env(); html_end(); return 0; } 編 譯 後 將 可 執 行 文 件 複 制 到 C:\HTTPD\CGI-BIN 下， 改 名 為 2_1.cgi ， 用 地 址 http://localhost/cgi-bin/2_1.cgi 調 用。 *************************************************************************** 哈哈&兵燹

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