CGI編程完全手冊
一．基本原理
CGI：通用網關接口（Common Gateway Interface）是一個Web服務器主機提供信息服務的標準接口。通過CGI接口，Web服務器就能夠獲取客戶端提交的信息，轉交給服務器端的CGI程序進行處理，最后返回結果給客戶端。
組成CGI通信系統的是兩部分：一部分是html頁面，就是在用戶端瀏覽器上顯示的頁面。另一部分則是運行在服務器上的Cgi程序。
它們之間的通訊方式如下圖：
服務器和客戶端之間的通信，是客戶端的瀏覽器和服務器端的http服務器之間的HTTP通信，我們只需要知道瀏覽器請求執行服務器上哪個CGI程序就可以了，其他不必深究細節，因為這些過程不需要程序員去操作。
服務器和CGI程序之間的通訊才是我們關注的。一般情況下，服務器和CGI程序之間是通過標準輸入輸出來進行數據傳遞的，而這個過程需要環境變量的協作方可實現。
- 1. 服務器將URL指向一個應用程序
- 2. 服務器為應用程序執行做準備
- 3. 應用程序執行，讀取標準輸入和有關環境變量
- 4. 應用程序進行標準輸出
對于Windows系統而言，還可以通過profile文件進行數據傳輸（如ini文件），但在
這里不做研究。
環境變量在CGI中有著重要的地位！每個CGI程序只能處理一個用戶請求，所以在激
活一個CGI程序進程時也創建了屬于該進程的環境變量。
二．環境變量
對于CGI程序來說，它繼承了系統的環境變量。CGI環境變量在CGI程序啟動時初始化，在結束時銷毀。
當一個CGI程序不是被HTTP服務器調用時，它的環境變量幾乎是系統環境變量的復制。
當這個CGI程序被HTTP服務器調用時，它的環境變量就會多了以下關于HTTP服務器、客戶端、CGI傳輸過程等項目。
與請求相關的環境變量
REQUEST_METHOD
服務器與CGI程序之間的信息傳輸方式
QUERY_STRING
采用GET時所傳輸的信息
CONTENT_LENGTH
STDIO中的有效信息長度
CONTENT_TYPE
指示所傳來的信息的MIME類型
CONTENT_FILE
使用Windows HTTPd/WinCGI標準時，用來傳送數據的文件名
PATH_INFO
路徑信息
PATH_TRANSLATED
CGI程序的完整路徑名
SCRIPT_NAME
所調用的CGI程序的名字
與服務器相關的環境變量
GATEWAY_INTERFACE
服務器所實現的CGI版本
SERVER_NAME
服務器的IP或名字
SERVER_PORT
主機的端口號
SERVER_SOFTWARE
調用CGI程序的HTTP服務器的名稱和版本號
與客戶端相關的環境變量
REMOTE_ADDR
客戶機的主機名
REMOTE_HOST
客戶機的IP地址
ACCEPT
例出能被次請求接受的應答方式
ACCEPT_ENCODING
列出客戶機支持的編碼方式
ACCEPT_LANGUAGE
表明客戶機可接受語言的ISO代碼
AUTORIZATION
表明被證實了的用戶
FORM
列出客戶機的EMAIL地址
IF_MODIFIED_SINGCE
當用get方式請求并且只有當文檔比指定日期更早時才返回數據
PRAGMA
設定將來要用到的服務器代理
REFFERER
指出連接到當前文檔的文檔的URL
USER_AGENT
客戶端瀏覽器的信息
CONTENT_TYPE:如application/x-www-form-urlencoded，表示數據來自HTML表單，并且經過了URL編碼。
ACCEPT:客戶機所支持的MIME類型清單，內容如：”image/gif,image/jpeg”
REQUEST_METHOD：它的值一般包括兩種:POST和GET，但我們寫CGI程序時，最后還要考慮其他的情況。
1．POST方法
如果采用POST方法，那么客戶端來的用戶數據將存放在CGI進程的標準輸入中，同時將用戶數據的長度賦予環境變量中的CONTENT_LENGTH。客戶端用POST方式發送數據有一個相應的MIME類型（通用Internet郵件擴充服務：Multi-purpose Internet Mail Extensions）。目前，MIME類型一般是：application/x-wwww-form-urlencoded，該類型表示數據來自HTML表單。該類型記錄在環境變量CONTENT_TYPE中，CGI程序應該檢查該變量的值。
2．GET方法
在該方法下，CGI程序無法直接從服務器的標準輸入中獲取數據，因為服務器把它從標
準輸入接收到得數據編碼到環境變量QUERY_STRING（或PATH_INFO）。
GET與POST的區別：采用GET方法提交HTML表單數據的時候，客戶機將把這些數
據附加到由ACTION標記命名的URL的末尾，用一個包括把經過URL編碼后的信息與CGI程序的名字分開：http://www.mycorp.com/hello.html？name=hgq$id=1，QUERY_STRING的值為name=hgq&id=1
有些程序員不愿意采用GET方法，因為在他們看來，把動態信息附加在URL的末尾有
違URL的出發點：URL作為一種標準用語，一般是用作網絡資源的唯一定位標示。
環境變量是一個保存用戶信息的內存區。當客戶端的用戶通過瀏覽器發出CGI請求時，服務器就尋找本地的相應CGI程序并執行它。在執行CGI程序的同時，服務器把該用戶的信息保存到環境變量里。接下來，CGI程序的執行流程是這樣的：查詢與該CGI程序進程相應的環境變量：第一步是request_method，如果是POST，就從環境變量的len，然后到該進程相應的標準輸入取出len長的數據。如果是GET，則用戶數據就在環境變量的QUERY_STRING里。
3．POST與GET的區別
以 GET 方式接收的數據是有長度限制，而用 POST 方式接收的數據是沒有長度限制的。并且，以 GET 方式發送數據，可以通過 URL 的形式來發送，但 POST方式發送的數據必須要通過 Form 才到發送。
三．CGI程序實現步驟
1．從服務器獲取數據
C語言實現代碼：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int get_inputs()
{
int length;
char *method;
char *inputstring;
method = getenv(“REQUEST_METHOD”); //將返回結果賦予指針
if(method == NULL)
return 1; //找不到環境變量REQUEST_METHOD
if(!strcmp(method, ”POST”)) // POST方法
{
length = atoi(getenv(“CONTENT_LENGTH”)); //結果是字符，需要轉換
if(length != 0)
{
inputstring = malloc(sizeof(char)*length + 1) //必須申請緩存，因為stdin是不帶緩存的。
fread(inputstring, sizeof(char), length, stdin); //從標準輸入讀取一定數據
}
}
else if(!strcmp(method, “GET”))
{
Inputstring = getenv(“QUERY_STRING”);
length = strlen(inputstring);
}
if(length == 0)
return 0;
}
Perl實現代碼：
$method = $ENV{‘REQUEST_METHOD’};
if($method eq ‘POST’)
{
Read(STDIN, $input, $ENV{‘CONTENT_LENGTH’});
}
if($method eq ‘GET’ || $method eq ‘HEAD’)
{
$input = $ENV{‘QUERY_STRING’};
}
if($input eq “”)
{
&print_form;
exit;
}
PYTHON代碼實現
#!/usr/local/bin/python
import cgi
def main():
form = cgi.FieldStorage()
Python代碼實現更簡單，cgi.FieldStorage()返回一個字典，字典的每一個key就是變量名，key對應的值就是變量名的值，更本無需用戶再去進行數據解碼！
獲取環境變量的時候，如果先判斷“REQUEST_METHOD”是否存在，程序會更健壯，否則在某些情況下可能會造成程序崩潰。因為假若CGI程序不是由服務器調用的，那么環境變量集里就沒有與CGI相關的環境變量（如REQUEST_METHOD，REMOTE_ADDR等）添加進來，也就是說“getenv(“REQUEST_METHOD”)”將返回NULL！
2．URL編碼
不管是POST還是GET方式，客戶端瀏覽器發送給服務器的數據都不是原始的用戶數據，而是經過URL編碼的。此時，CGI的環境變量Content_type將被設置，如Content_type = application/x-www-form-urlencode就表示服務器收到的是經過URL編碼的包含有HTML表單變量數據。
編碼的基本規則是：
變量之間用“&”分開；
變量與其對應值用“=”連接；
空格用“+”代替；
保留的控制字符則用“%”連接對應的16禁止ASCII碼代替；
某些具有特殊意義的字符也用“%”接對應的16進制ASCII碼代替；
空格是非法字符；
任意不可打印的ASCII控制字符均為非法字符。
例如，假設3個HTML表單變量filename、e-mail和comments，它們的值對應分別為hello、mike@hotmail.com和I’ll be there for you，則經過URL編碼后應為：
filename=hello&e-mail=hello@hotmail.com&comments=I%27ll+be+there+for+you
所以，CGI程序從標準輸入或環境變量中獲取客戶端數據后，還需要進行解碼。解碼的過程就是URL編碼的逆變：根據“&”和“=”分離HTML表單變量，以及特殊字符的替換。
在解碼方面，PYTHON代碼實現是最理想的，cgi.FieldStorage()函數在獲取數據的同時就已自動進行代碼轉換了，無需程序員再進行額外的代碼編寫。Perl其次，因為在一個現成的Perl庫：cgi-lib.pl中提供了ReadParse函數，用它來進行URL解碼很簡單：
require ‘cgi-lib.pl’;
&ReadParse(*input);
3．CGI數據輸出
CGI程序如何將信息處理結果返回給客戶端？這實際上是CGI格式化輸出。
在CGI程序中的標準輸出stdout是經過重定義了的，它并沒有在服務器上產生任何的輸出內容，而是被重定向到客戶瀏覽器，這與它是由C，還是Perl或Python實現無關。
所以，我們可以用打印來實現客戶端新的HTML頁面的生成。比如，C的printf是向該進程的標準輸出發送數據，Perl和Python用print向該進程的標準輸出發送數據。
（1） CGI標題
CGI的格式輸出內容必須組織成標題/內容的形式。CGI標準規定了CGI程序可以使用
的三個HTTP標題。標題必須占據第一行輸出！而且必須隨后帶有一個空行。
標題
描述
Content_type (內容類型)
設定隨后輸出數據所用的MIME類型
Location (地址)
設定輸出為另外一個文檔（URL）
Status (狀態)
指定HTTP狀態碼
MIME：
向標準輸出發送網頁內容時要遵守MIME格式規則：
任意輸出前面必須有一個用于定義MIME類型的輸出內容（Content-type）行，而且隨后還必須跟一個空行。如果遺漏了這一條，服務將會返回一個錯誤信息。（同樣使用于其他標題）
例如Perl和Python：
print “Content-type:text/html\n\n”; //輸出HTML格式的數據
print “<body>welcome<br>”
print “</body>”
C語言：
printf( “Content-type:text/html\n\n”);
printf(“Welcome\n”);
MIME類型以類型/子類型（type/subtype）的形式表示。
其中type表示一下幾種典型文件格式的一種：
Text、Audio、Video、Image、Application、Mutipart、Message
Subtype則用來描述具體所用的數據格式。
Application/msword
微軟的Word文件
Application/octet-stream
一種通用的二進制文件格式
Application/zip
Zip壓縮文件
Application/pdf
Pdf文件
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
Location：
使用Location標題，一個CGI可以使當前用戶轉而訪問同一服務器上的另外一個程序，甚至可以訪問另外一個URL，但服務器對他們的處理方式不一樣。
使用Location的格式為：Location：Filename/URL，例如：
print “Location:/test.html\n\n”;
這與直接鏈接到test.html的效果是一樣的。
print “Location:http://www.chinaunix.com/\n\n”
由于該URL并不指向當前服務器，用戶瀏覽器并不會直接鏈接到指定的URL，而是給用戶輸出提示信息。
HTTP狀態碼：
表示了請求的結果狀態，是CGI程序通過服務器用來通知用戶其請求是否成功執行的信息碼，本文不做研究。
四．CGI中的信號量和文件鎖
因為CGI程序時公用的，而WEB服務器都支持多進程運行，因此可能會發生同時有多個用戶訪問同一個CGI程序的情況。比如，有2個用戶幾乎同時訪問同一個CGI程序，服務器為他們創建了2個CGI程序進程，設為進程A和進程B。假如進程A首先打開了某個文件，然后由于某種原因被掛起（一般是由于操作系統的進程調度）；而就在進程A被掛起的這段時間內，進程B完成了對文件的整個操作流程：打開，寫入，關閉；進程A再繼續往下執行，但進程A所操作的文件依舊是原來文件的就版本，此時進程A的操作結果將覆蓋進程B的操作結果。
為了防止這種情況發生，需要用到文件鎖或者信號量。
鑰匙文件？
假如有多個不同的HTML可以調用同一個CGI程序，那么CGI程序如何區分它們呢？一個是通過隱含的INPUT標簽。不過覺得這個比較麻煩，因為CGI必須經過一系列解碼后才能找到這個隱含INPUT的變量和其值。
五．設置HTTP服務器以兼容CGI
用Perl編寫的CGI程序后綴為：.pl；Python編寫的CGI程序后綴為：.py；而C編寫的CGI程序后綴為：.cgi，如果在win下編譯出來的是.exe，最好將它重命名為.cgi。這些都是為了HTTP服務能夠識別并調用它們。
當使用appche httpd服務器時，請編輯它的配置文件httpd.conf如下：
修改AddHandler cgi-script一句為AddHandler cgi-script .cgi .py .pl
六．關于CGI的C語言庫——cgihtml
Cgihtml是一個應用非常廣泛的C語言編寫的CGI庫。它提供的功能函數如下：
Read_cgi_input()：獲取并解析HTML表單輸入，返回一個指向某結構體的指針
Cgi_val()：獲取每個表單變量的值
Html_header():輸出HTML標題欄
Html_begin():輸出HTML文檔的開始部分
H1():輸出一行字符，字體為H1
Html_end():輸出HTML文檔的結尾部分。
#include “cgi-lib.h”
#include “html-lib.h”
#include “string-lib.h”
六．后話
有的人認為可以用JavaScript來代替CGI程序，這其實是一個概念上的錯誤。JavaScript只能夠在客戶瀏覽器中運行，而CGI卻是工作在服務器上的。他們所做的工作有一些交集，比如表單數據驗證一類的，但是JavaScript是絕對無法取代CGI的。但可以這樣說，如果一項工作即能夠用JavaScript來做，又可以用CGI來做，那么絕對要使用JavaScript，在執行的速度上，JavaScript比CGI有著先天的優勢。只有那些在客戶端解決不了的問題，比如和某個遠程數據庫交互，這時就應該使用CGI了。
SSI:一種用來動態輸出HTML文本的特殊程序。
網頁里包含有某個變量，提交給服務器后，只有該變量改變。此時我們希望服務器不要把整個頁面內容都發送過來，而只需要告訴客戶端的瀏覽器，哪個變量的值便成什么樣了，瀏覽器會自動更新。
SSI在服務器端運行。
SSI不需要外部接口，它不像CGI從標準輸入接收信息。
你瀏覽你的HTML文檔時看不到SSI標記，因為它已經被相應的程序輸出所替代。
所有的SSI命令都是嵌入在普通的HTML注釋行中的。當服務器無法解釋SSI時，它將不解釋并直接把文檔傳給瀏覽器，由于命令在注釋中，故瀏覽器將忽略它們。而當服務器識別SSI時，它并不將該命令傳給瀏覽器，相反，服務器將從上到下掃描HTML文檔，執行每一個嵌入注釋的命令，并將命令的執行結果代替原注釋。
<! –注釋文本-- >。服務器將根本不查看注釋，除非已啟動SSI。
與純注釋不同的是，所有的SSI命令都是以#打頭。
<! --#command tagname = “parameter”-- >,command指出服務器做什么，tagname指出參數類型，parameter是該命令的用戶定義值。
The current date is<! --#echo var = “DATE.LOCAL”-- >，服務器將向瀏覽器輸出時間。
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