CGI技术及其开发(一)

作为Internet 上最主要的信息管理和组织手段，阳W由    系列相应的技术及应用构 成，其组成技术包括HTTP、HTML、URL以及CGI 等。WWW服务器本身提供    些基本功 能，以完成客户端的请求和自身的管理。但不同的用户有不同的功能要求，其中许 多功能是WWW服务器本身不能提供的(比如在线查询等) ，它必须提供      种扩展手 段，以允许用户编写扩展应用程序来扩展服务器的功能。CGI   CCommonGatewaylnterface ， 即通用网关接口)就是这样的    种标准扩展技术。下面就CGI 的基本技术及其开发 进行讨论。

、CGI 技术

1. 1CGI 的提出

CGI 是外部扩展应用程序与WWW服务器交互的    个标准接口。按照CGI 标准编写的外 部扩展应用程序可以处理客户端(    般是WWW浏览器)输入的协同工作数据，完成 客户端与服务器的交互操作。这在实际应用中非常有用，如可以编写CGI 外部扩展 程序来访问外部数据库，客户端用户可以通过它和WWW服务器来进行数据查询。CGI 般分两种:标准CGI 和缓冲CGI 。所有的WWW服务器均应支持标准CGI，按标准CGI 编写的程序与具体的阳W服务器无关。而按缓冲CGI 编写的程序与WWW服务器有关。

1. 2CGI 的工作原理

1.标准CGI

客户端、服务器、CGI 接口与外部程序间的关系可用图1-1表示:如上图所示，服 务器是客户端(如浏览器)与扩展程序之间的通道。当客户端的用户完成了     定 输入工作(比如填充完HTML文档中的FORM表)之后向服务器发出HTTP请求(称为CGI 请求) ，服务器守护进程接收到该请求后，就创建个子进程(称为CGI 进程)。 该CGI 子进程将CGI 请求的有关数据设置成环境变量，在外部CGI 程序与服务器问建 立两条数据通道(标准I!川，然后启动URL指定的CGI 程序，并与该子进程保持同 步，以监测CGI 程序的执行状态。子进程通过标准输出流将处理结果传递给服务器 守护进程，守护进程再将处理结果作为应答消息回送到客户端。外部CGI 程序通过 环境变量、命令行参数、标准输入输出与WWW服务器进行通讯，传递有关参数和处 理结果。士环境变量:当服务器守护进程创建子进程运行CGI 程序时，设置相应的 环境变量和命令行参数，以传递客户端和服务器的有关信息给该子进程。士命令行 参数:命令行参数仅在有HTML文档中有 ISINDEX查询的情况下使用。士标准输入输 出:当HTTP请求模式采用POST方式时，CGI 程序通过标准输入流和有关环境变量来 获取客户端传输数据:如采用GET 方式时，CGI 程序直接通过环境变量获取客户端传

输数据。当CGI 程序要返回处理结果(一般为HTML文档)给客户端时，它通过标准 输出流将该结果数据传递给服务器守护进程。

2.   缓冲CGI

标准CGI 使用Stdin / Stdout 来进行数据通讯，这是由其最初开发环境 CUnix操作 系统)所决定的。但是许多Windows环境下的编程工具(如VB和De1phi 等)是不支

持这种I!O方式的，这时就不能用它们来开发基于标准CGI 的应用程序。于是有些

服务器提出了缓冲CGI 的概念。缓冲CGI 亦称为WinCGI 。此时CGI 扩展程序与服务器 问通过缓冲CGI 而不是标准CGI 进行通讯，而缓冲CGI 与服务器间的通讯还是通过标 准CGI 接口。后者由WWW服务器的内置缓冲处理程序实现。这几部分的关系可用图

1-2表示:缓冲CGI 的工作原理与标准CGI相似，不同的是当服务器守护进程接收 到客户端的CGI 请求时，所建立的CGI 子进程将CGI 请求的有关数据设置成环境变量 外，还将它们保存在输入缓冲区中;通过缓冲处理程序在外部CGI 程序与服务器问

建立两条数据通道(输入/输出缓冲区) 0     CGI 子进程通过输出缓冲区将处理结果 传递给服务器守护进程。此处外部CGI 程序通过环境变量和输入/输出缓冲区与WWW 服务器进行通讯，传递有关参数和处理结果。此处环境变量的意义同上，不过这 些环境变量及其相应值保存在输入缓冲区中。此外，输入缓冲区中还存放客户端 的传输数据(如采用POST模式的话)。输出缓冲区用来存放扩展程序的处理结果。

3.   标准CGI 与缓冲CGI 的区别

对CGI 扩展程序而言，最主要差别在于数据的I!。不同:对缓冲CGI，服务器与CGI

扩展程序间的数据交换是通过缓冲区:而标准CGI 是通过标准I!O。使用缓冲CGI 可

选择更多的开发工具，可以开发Windows95和JWindowsNT下的GUI 扩展程序:而使用

标准CGI所选用的开发工具必须支持标准I!O。只有少数几种WWW服务器支持缓冲CGI，

因此基于它的扩展程序兼容性不如标准CGI好。

1. 3CGI 与其他WWW技术的关系

CGI 作为WWW服务器的标准扩展技术，由上面CGI 的基本原理可知，它和许多其它的

WWW技术密切相关，如HTTP、HTML、MIME和URL等，下面主要就它与前两种技术的关

系进行研究。

1. CGI 与HTTP协议

CGI 通过HTTP协议在客户端和服务端进行通讯:士客户端用户代理向服务器发送的

请求是HTTP请求消息。该消息中含有处理用户输入的CGI 扩展程序的URL值。士 CGI

扩展程序在处理结束后，返回给客户端的应答是HTTP应答消息。因此CGI 程序的输

出数据必须符合HTTP应答消息的语法格式，这在基于CGI标准的开发中非常重要。

2.   CGI 与HTML语言

CGI 扩展程序的输出数据 (HTTP应答消息)一般有两种:符合MIME类型的文档(最

普遍的是HTML文档，表示为text  / htm1)   ;指向其它文档的URL链接。这两种方式

都与HTML语言有关，数据的组织须符合HTML语法格式。

1. 4CGI 开发的几个问题

基于WWW的人机交互一般有两种情况:本地交互和通过网络传输的交互。前者是指

客户端用户的输入数据在客户端本地进行处理，然后将处理结果返回给用户，常

见的开发工具有]avaScript  (Netscape开发)和VBScript  (Microsoft 开发) ;后 者是指客户端用户输入的数据通过网络传输到WWW服务器，服务器处理结束后将处 理结果返回给客户端用户，常见的开发技术是WWW服务器扩展技术优DCGI，API 等)。 此处主要讨论基于标准CGI 技术的通过网络进行数据传输的交互实现。对这种人机 交互的实现，主要有三个环节需要解决:如何获取客户端传输的数据，如何提取有

效数据并处理这些数据，如何向客户端返回应答。下面分别结合有关技术，谈谈这 三方面问题的解决。

1.客户端传输数据的获取

由第三章CGI 的原理可知，当服务端守护进程接收到客户端用户代理(如浏览器) 提交的CGI 请求时，所创建的CGI 子进程会设置与CGI 请求内容有关的环境变量，并 建立服务器与外部CGI 程序之间通讯的通道(即标准1 /0) 0 CGI 程序可以通过环境

变量，标准I!O或命令行参数获取客户端用户输入的数据。数据的获取与请求所采 用的HTTP方法 (Method)  和用户所使用的请求方式有关。用户通过CGI 请求数据一 般有三种方式:  HTMLFORM表，ISINDEX ，可点击图片(ISMAP或Imagemaps)   。后两 种方式是通过命令行参数传递用户的输入数据;在C语言中(下面的举例亦然) ， CGI 程序可以用argc和argv [int ]获得这些参数值。而前一种方式则取决于HTTP请 求方法;但不管采用何种方法，都将用到环境变量来传递有关请求内容。

·获取环境变量 环境变量的类别很多，包含客户端和服务端的详细信息。在一般CGI 程序开发中， 下述几个环境变量在数据传递中起着重要作用。

士 GATEWAY--INTERFACE

CGI 程序所使用的CGI标准接口的版本号。如使用的CGI 1. 1版，该变量表示为

"CGI / 1. 1"

士 REQUEST--METHOD

HTTP请求方法。根据该变量值可判断CGI 请求所采用的请求方法，以决定是通过Stdin

还是通过环境变量QUERY--STRING获取客户端传输数据。

士 QUERY-STRING

QUERY-STRING是CGI 程序URL中 I!   ?   I!  之后的数据。当使用ISINDEX查询或FORM表使

用GET 方法时，客户端传输数据可以通过读取该变量而获得。

士 CONTENT-LENGTH

ωNTENT-LENGTH表示客户端传输数据的字节数。

古 CONTENT-TYPE

ωNTENT-TYPE表示客户端传输数据的数据编码类型。

利用     environ (int)  函数可以获得所有的环境变量及其值;

利用getenv (constchar 士)函数可以获得指定环境变量的相应值。

.HTTP请求方法

客户端用户代理提交的CGI 请求是HTTP请求，其中包括HTTP请求方法。HTTP协议定义

的请求方法中常用的主要有GET和POST。

客户端FORM表的METHOD属性用来设置请求方法，其缺省值为GET 。如果在FORM中使用

GET方法，CGI 程序通过环境变量QUERY-STRING获取客户端传输数据。如果在FORM中

使用POST方法，CGI 程序通过通过CONTENT-LENGTH获取客户端传输数据的字节数，

通过Stdin读取客户端传输数据。

2. 有效数据的提取和处理 通过上述方式获取的客户端传输数据的    般格式为:

name [1 J 二value  [1 J  &name  [2J 二val ue  [2 J  &.    . . name [i J

二value  [iJ . . . name [nJ 二value  [nJ

(11二 i1二n)

其中name [i J  表示变量名，它是在FORM表中某输入域的名字; val ue  [i J  表示变量 值，它是用户在FORM表中某输入域中输入的值。客户端传输数据的每对 I!  Name二Value" 串由，&'字符分隔，其数据编码类型可以从环境变量ωNTENT-TYPE获取。CGI!1. 1 版仅支持 "application / x    啊啊    form-ur len     coded" 编码方式。这种编码方式和 URL的编码方式    样，遵循两个规则:数据中的空格 (ASCII 码值32 )编码成，+'号: 保留字符编码成 I!   %XX" 形式     I!  XX" 是该字符ASCII值的十六进制表示，比如 I!    $ I! 的编码为 I!   %24"   ， I!   ?厅的编码为 I!   %3F"   0     因此，要获取客户端用户的输入数据， 必须对上述获取的数据进行分离和解码等处理。利用函数strtok ()、strchr ()等 可以实现数据分离处理，而数据的解码则需要对整个数据串进行扫描，将数据串中的

I!   %XX" 复原为对应的ASCII 码。在提取到有效数据后，还可能进行许多其他的处理， 如数据库查询等。这种处理与普通编程相同。

3. 向客户端返回应答

CGI 程序处理结束后，通过标准输出流将应答信息传递给服务器，再由服务器返回给发

出请求的客户端。其输出的应答信息是HTTP应答消息，它    般由两部分组成:应答头

和应答数据。常见的应答头包括三种头域: Content-Type (数据编码类型，用MIME类

型表示) ， Location (特定文档的URL，这种情况不直接向客户端输出内容而输出该URL)

和Status (处理结果的状态码和状态描述) 0 HTTP应答头由几行格式相同的文本构成，

每行的基本格式为:  I!   头域名:该域内容"。应答头和应答体之间用    空行加LF  (或

CR / LF)  分隔。应答体为CGI 扩展程序的输出数据，其数据类型应该与Content-Type

值相     致。CGI 程序的输出可以用printf  ()、puts  ()等标准I!O函数来实现。

4.   CGI 程序的开发及其般流程

在开发CGI 程序过程中，可根据实际情况(服务器提供的接口、实际需求和程序员经验

等)选择编程语言，如C/C++ ， Per1. TCL，AnyUnixshel 1.凹，AppleScripto  如

果选用C/C++ 等语言，必须编译成可执行文件:如果选用Perl等解释语言，服务器

必须安装相应的解释器。

二、CGI 与其它扩展技术的比较

除CGI标准扩展技术外，常见的扩展技术还有API   (ApplicationProgramminglnterface)

和SSI  (ServerSidelncludes)  ，这两种技术部与具体的www服务器有关。下面先对这两 种技术简要说明，然后再对这三种技术作比较。SSI 技术:当服务器守护进程接收到客 户端请求时，其子进程扫描客户端所请求的文档，以获取数据插入标志，再插入相关动 态数据，然后返回给客户端。这种技术简单，但效率不高。API 技术:不同的 www服务器

提供的API 可能不同，比如0'  ReillyWebsite提供的是WSAPI;   PurveyorWebserver 和

Microsoft

IIS提供的是ISAPI 。利用这些API 编写程序的流程和最后生成的文件类型也不    样:比

如用ISAPI，编写程序时必须依照它的特定框架，最后建立的文件可以是EXE文件和DLL

文件。下表(图3-3) 列出了CGI 、SSI 和API 三种技术在主要性能方面的比较: SSI  CGI API

实现的灵活性差好好可实现的功能差强大强大对程序员的要求低    般较高 开发与测试时间短    般较长花费低     般较高操作的风险性低低较大移植性

较好较好差 CPU的负载高高较低CGUDAPI 都需要编程实现，利用它们可访问更

多的数据源;而SSI 不需编稽。利用API 开发的扩展软件，其运行速度比CGI 快，功能也

较CGI 强;但其操作有     定的风险，出现错误时可能使系统崩溃 (CGI 程序不会) ，并

且它非常依赖于具体的服务器而移植性太差，开发周期较长。CGI 在操作的风险性、软

件移植性、软件开发难度等方面较API 有优势;其缺点在于CPU负载较高，特别是同时

发生的CGI 请求很多时每影响服务器的综合性能。综合比较而言，CGI 比其它两种技

术更优秀，在实际应用中也最为普遍。