CGI/FastCGI/php-cgi/php-fpm的区别

CGI/FastCGI/php-cgi/php-fpm的区别

一、最早的Web服务器

最早的Web服务器简单地响应浏览器发来的HTTP静态文件请求,并将存储在服务器上的静态文件(例如: jpg、htm、html)返回给浏览器。如图是处理流程
Xnip2018-11-08_03-23-37.png
比如我访问:http://www.example.com/index.html,那么网络服务器就会去对应目录中找到index.html这个文件,并返回给浏览器。

二、CGI的出现

首先说明:CGI是一种协议

事物总是不断发展,网站也越来越复杂,所以出现动态技术。但是Web服务器并不能直接运行 php/asp这样的文件,自己不能做,外包给别人吧,但是要与第三做个约定,我给你什么,然后你给我什么,就是我把请求参数发送给你,然后我接收你的处理结果再给客户端。这个约定就是 CGI协议(Common Gateway Interface),协议只是一个“规定、规则”,理论上用什么语言都能实现,比如用vb/c/perl/php/python来实现。

在2000年或更早的时候,CGI比较盛行。那时,Perl是编写CGI的主流语言,以至于一般的CGI程序(遵循CGI协议的程序)就是Perl程序(例如世界上80%的网站所采用的编程语言php语言刚开始的版本就是用Perl语言写的)。

CGI是“Common Gateway Interface”的缩写,翻成中文叫“公共网关接口”,它是Web服务器与外部应用程序(CGI程序)之间传递信息的接口标准。通过CGI接口,Web服务器就能够获取客户端提交的信息,并转交给服务器端的CGI程序处理,最后返回结果给客户端。也就是说,CGI实际上是一个接口标准。我们通常所说的CGI是指CGI程序,即实现了CGI接口标准的程序。只要某种语言具有标准输入、输出和环境变量,如perl/PHP/C等,就可以用来编写CGI程序。CGI只是接口协议,根本不是什么语言。

1.CGI程序的工作方式

Web服务器一般只处理静态文件请求(如 jpg、htm、html),如果碰到一个动态脚本请求(如php),web服务器主进程,就fork出一个新的进程来启动CGI程序,也就是说将动态脚本请求交给CGI程序来处理。启动CGI程序需要一个过程,比如,读取配置文件,加载扩展等。CGI程序启动后,就会解析动态脚本,然后将结果返回给Web服务器,最后Web服务器再将结果返回给客户端,刚才fork的进程也会随之关闭。这样,每次用户请求动态脚本,Web服务器都要重新fork一个新进程,去启动CGI程序,由CGI程序来处理动态脚本,处理完后进程随之关闭。毫无疑问,这种工作方式的效率是非常低下的。运行示意图如下:
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CGI程序与web服务器传递数据:
CGI程序通过标准输入(STDIN)和标准输出(STDOUT)来进行输入输出。此外CGI程序还通过环境变量来得到输入,操作系统提供了许多环境变量,它们定义了程序的执行环境,应用程序可以存取这些环境变量。Web服务器和CGI接口又另外设置了一些环境变量,用来向CGI程序传递一些重要的参 数。CGI的GET方法还通过环境变量QUERY-STRING向CGI程序传递Form中的数据。 下面是一些常用的CGI环境变量:

变量名 描述
CONTENT_TYPE 这个环境变量的值指示所传递来的信息的MIME类型。目前,环境变量CONTENT_TYPE一般都是:application/x-www-form-urlencoded,他表示数据来自于HTML表单。
CONTENT_LENGTH 如果服务器与CGI程序信息的传递方式是POST,这个环境变量即使从标准输入STDIN中可以读到的有效数据的字节数。这个环境变量在读取所输入的数据时必须使用。
HTTP_COOKIE 客户机内的 COOKIE 内容。
HTTP_USER_AGENT 提供包含了版本数或其他专有数据的客户浏览器信息。
PATH_INFO 这个环境变量的值表示紧接在CGI程序名之后的其他路径信息。它常常作为CGI程序的参数出现。
QUERY_STRING 如果服务器与CGI程序信息的传递方式是GET,这个环境变量的值即是所传递的信息。这个信息经跟在CGI程序名的后面,两者中间用一个问号?分隔,多个参数用&号连接。
REMOTE_ADDR 这个环境变量的值是发送请求的客户机的IP地址,例如上面的192.168.1.67。这个值总是存在的。而且它是Web客户机需要提供给Web服务器的唯一标识,可以在CGI程序中用它来区分不同的Web客户机。
REMOTE_HOST 这个环境变量的值包含发送CGI请求的客户机的主机名。如果不支持你想查询,则无需定义此环境变量。
REQUEST_METHOD 提供脚本被调用的方法。对于使用 HTTP/1.0 协议的脚本,仅 GET 和 POST 有意义。
SCRIPT_FILENAME CGI脚本的完整路径
SCRIPT_NAME CGI脚本的的名称
SERVER_NAME 这是你的 WEB 服务器的主机名、别名或IP地址。
SERVER_SOFTWARE 这个环境变量的值包含了调用CGI程序的HTTP服务器的名称和版本号。例如,上面的值为Apache/2.2.14(Unix)。

2.web服务器内置模块

后来,出现了一种比较高效的方式:Web服务器内置模块。例如,apache的mod_php模块。将php解释器做成模块,然后加载到apache服务器中。

这样,apache服务器在启动的时候,就会同时启动php模块。当客户端请求php文件时,apache服务器就不用再fork出一个新进程来启动php解释器,而是直接将php文件交给运行中的php模块处理。显然,这种方式下,效率会比较高。

由于在apache服务器启动时,才会读取php的配置文件,加载php模块,在apache的运行过程中 ,不会再重新读取php的配置文件。所以,每次我们修改了php的配置文件后,必须重启apache,新的php配置文件才会生效。运行示意图如下:
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3.FastCGI

FastCGI是一种协议,它是在CGI标准协议基础上发展出来的一个变种协议,它的主要目标是减轻web服务器与CGI程序之间交互时的负载,这样一台服务器就可以在同一时间处理更多的web请求。
FASTCGI的定义相关文章:FastCGI Specificationthe FastCGI Interface

FastCGI进程管理器是遵循FastCGI协议的程序,只要你有能力就可以写出遵循“FastCGI协议”的“FastCGI进程管理器”,毫无疑问,“FastCGI进程管理器”并不是一个程序的名称,而是指遵循FastCGI协议的一类程序。

当客户端请求Web服务器上的动态脚本时,Web服务器会将动态脚本通过Unix域套接字(Unix domain socket),或命名管道(named pipe),或TCP连接(TCP connection)交给FastCGI主进程,FastCGI主进程根据情况,安排一个空闲的子进程来解析动态脚本,处理完成后将结果返回给Web服务器,Web服务器再将结果返回给客户端。该客户端请求处理完毕后,FastCGI子进程并不会随之关闭,而是继续等待主进程安排工作任务。由此可知,FastCGI的工作效率是非常高的。运行示意图如下:
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4.php-fpm

fpmFastCGI Process Manager的缩写,中文叫“FastCGI进程管理器”,而php-fpm就是用于php语言的FastCGI进程管理器(前面说过,“FastCGI进程管理器”是一类程序,而php-fpm就属于这一类程序中的其中一个)。对于php5.3之前的版本来说,php-fpm是一个第三方的补丁包,旨在将FastCGI进程管理整合进PHP包中。在php5.3之后的版本中,php-fpm不再是第三方的包,它已经被集成到php的源码中了,因为php-fpm提供了更好的PHP进程管理方式,可以有效控制内存和进程、可以平滑重载PHP配置,比spawn-fcgi具有更多优点,所以php-fpm被PHP官方集成了。

php-cgi

PHP为什么叫PHP

PHP于1994年由Rasmus Lerdorf创建,刚刚开始是Rasmus Lerdorf为了要维护个人网页而制作的一个简单的用Perl语言编写的程序。这些工具程序用来显示 Rasmus Lerdorf 的个人履历,以及统计网页流量。后来又用C语言重新编写,包括可以访问数据库。他将这些程序和一些表单直译器整合起来,称为 PHP/FI。

而PHP/FI,是“Personal Home Page/Form Interpreter”的缩写,意思是“个人主页/表单解释器”,也就是说,PHP最初还不是一门“语言”,而是“Rasmus Lerdorf”为了维护他自己的个人主页而写的一个简单的“表单解释器”。

不过后来,PHP被重新定义为“PHP: HyperText Preprocessor”的缩写,注意不是“HyperText Preprocessor”而是“PHP: HyperText Preprocessor”,这种将名称放到定义中的写法被称作递归缩写

所以,PHP现在的定义就是一个“超文本预处理器”,用于“把php语言写的程序解释成超文本”(说白了就是把你写的php代码转换成html,当然现在的能力不止是解释成html),安装好php后,对于Linux/Mac会在安装目录下有一个php和一个php-cgi,对于Win则是php.exephp-cgi.exe

php-cgi与php的区别

php-cgi与php的区别(在win下就是php-cgi.exe与php.exe)在于,php/php.exe是命令模式的php解释器,而php-cgi/php-cgi.exe是支持“通用网关接口”的php解释器,而通用网关接口就是我们前面说的“CGI”(从它的名称就能看出来啦,它都标明了“-cgi”了),不过现在的php-cgi是即支持“CGI”协议,也支持“CGI协议”的改进版——“fastCGI协议”的。

举例说明php与php-cgi都是php解释器: 运行php -i是“查看php的配置信息(i是info的缩写)”,而运行php-cgi -i同样是“查看php的配置信息”,只不过php -i是以命令版的格式返回(说白了就是纯字符串,最多加上换行),而php-cgi -i返回的格式,却是html格式的,你可以用php-cgi -i > /path/to/php-cgi.html保存成html文件再来打开,可以发现跟你在php文件中用phpinfo();函数是一样的。

php-cgi支持fastCGI协议

为什么说php-cgi既支持普通的CGI协议,也支持“fastCGI”协议呢?运行php-cgi -h输出结果如下:

Usage: php [-q] [-h] [-s] [-v] [-i] [-f <file>]
       php <file> [args...]
  -a               Run interactively
  -b <address:port>|<port> Bind Path for external FASTCGI Server mode
  -C               Do not chdir to the script's directory
  -c <path>|<file> Look for php.ini file in this directory
  -n               No php.ini file will be used
  -d foo[=bar]     Define INI entry foo with value 'bar'
  -e               Generate extended information for debugger/profiler
  -f <file>        Parse <file>.  Implies `-q'
  -h               This help
  -i               PHP information
  -l               Syntax check only (lint)
  -m               Show compiled in modules
  -q               Quiet-mode.  Suppress HTTP Header output.
  -s               Display colour syntax highlighted source.
  -v               Version number
  -w               Display source with stripped comments and whitespace.
  -z <file>        Load Zend extension <file>.
  -T <count>       Measure execution time of script repeated <count> times.

其中有这句“Bind Path for external FASTCGI Server mode”:

-b <address:port>|<port> Bind Path for external FASTCGI Server mode

意思是“绑定路径以作为外部FASTCGI服务器模式来使用”,那么不绑定呢?不绑定就是作为“非FASTCGI”模式使用呗。

当然,php-cgi支持“标准CGI”接口只是我的猜测,我无法用实际的例子来解释(而且就算可以,也没人会用这种方式了),但是php-cgi支持“FASTCGI”这是绝对绝对可以确定的,因为我有实例可以证明!!

相信现在绝大部分人都是用nginx+php-fpm模式来运行网站的,我这个例子就以这个来解释!下列配置,只要配置过nginx+php-fpm的童鞋应该都很熟悉,意思就是当nginx遇到.php结尾的文件,就“调用php-fpm”来解释这个php文件,此时php-fpm相当于“服务器”,“127.0.0.1:9000”就是php-fpm服务器监听的ip和端口,,而nginx相当于“客户端”:

location ~ \.php$ {
    include fastcgi.conf;
    fastcgi_pass   127.0.0.1:9000;
    fastcgi_index  index.php;
    fastcgi_buffer_size 128k;
    fastcgi_buffers 4 256k;
    fastcgi_busy_buffers_size 256k;
}

现在我们把上述配置修改一个地方,把9000改成9001(如果你9001被占用了那就用其他未占用的端口,只要下边对应即可),然后sudo nginx -s reload重载配置,毫无疑问,现在用浏览器访问你的php文件,比如http://localhost/index.php将会出现502 Bad Gateway,因为php-fpm监听的是9000端口,现在你修改成9001它当然找不到啊。

还记得刚才前面说到的“绑定路径以作为外部FASTCGI服务器模式来使用”吗?现在我们就来使用它,进入php-cgi所在目录,运行:

./php-cgi -b 127.0.0.1:9001

再次刷新你的http://localhost/index.php,怎样?是不是没有502了?是不是正常了?但你要知道,现在解释你的index.php文件的是php-cgi而不再是php-fpm了,这就证明了php-cgi确实是支持“FASTCGI”协议的,为什么?因为nginx里用的参数,都是fastcgi_开头的啊,这就是“FASTCGI”协议啊。

实验结束,ctrl+C就可以关闭你刚才运行的php-cgi了,因为刚才是直接在前台运行的,然后把9001改加9000,再执行sudo nginx -s reload就恢复到用php-fpm了。

另一个用于证明php-cgi即支持“CGI”又支持“fastCGI”的例子:

由于Windows不支持默认php-fpm(因为php-fpm是基于Linux的fork()创建子进程的,而Windows不支持这个,不过可以用Cygwin模拟),而像一些集成工具一般都是直接使用php-cgi.exe代替php-fpm,比如phpStudy,我们选择用php+nginx:
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然后查看phpStudy的子进程,里面就有一个CGI / FastCGI(32 bit),这个就是“php-cgi.exe”,你可以右击它→点击“属性”→点击“安全”,就能看到它的路径:
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证明例子3: https://php.net/manual/en/install.fpm.php#121725,这个老外说了,php-cgi是fastCGI接口但不是fpm,所以这又证明了“php-cgi”是支持fastCGI协议的。
Xnip2019-05-30_15-57-13.jpg

前面说了php-cgi与php的相同点——它们都是php解释器,只是一个只支持使用“命令行方式调用”,一个支持“通用网关接口”方式调用。

php-cgi与php-fpm的区别

那么php-cgi与php-fpm又有什么不同?其实你可以认为“php-fpm”就是“php-cgi”的改进版,前面我说了php-cgi就是一个“遵循通用网关接口的php解释器”,而php-fpm是php-cgi的改进版,说明php-fpm同样也是一个“遵循通用网关接口的php解释器”,并且这里的“通用网关接口”指的是“FASTCGI”而不是“CGI”,因为前面都已经用实例证明了“php-cgi”是支持“FASTCGI”协议的,既然php-cgi都支持,那么它的改进版——php-fpm肯定就更支持了,从它的名字“fpm”里就能看出来,“fpm”是“Fastcgi Process Manager”,意思是“支持fastCGI协议的进程管理器”,那么“php-fpm”就是用于php的“支持fastCGI协议的进程管理器”,因为“支持fastCGI协议的进程管理器”不一定只有用于php,也许还有其他的呢?

好了,既然php-fpm也是“遵循通用网关接口的php解释器”,那么有一点可以确定的是,php-fpm不会调用php-cgi也不会依赖php-cgi,因为它本身就是“php-cgi”的改进版,没有理由去调用(去依赖php-cgi),确定方法很简单,先停掉你的php-fpm,然后把php-cgi改个名或者移动到另一个目录,再启动php-fpm,看一切是否正常?答案是肯定正常的,php-fpm根本不依赖php-cgi。

前面说,“php-fpm”是“php-cgi”的改进版(当然这个“改进版”是我自己的说法,实际上php-fpm是不是在php-cgi的基础上改进的,我也不知道,但说它是改进版是没有问题的),既然是改进版,那改进了什么呢?请看官方文档:FastCGI 进程管理器(fpm)

  • 支持平滑停止/启动的高级进程管理功能;
  • 可以工作于不同的 uid/gid/chroot 环境下,并监听不同的端口和使用不同的 php.ini 配置文件(可取代 safe_mode 的设置);
  • stdout 和 stderr 日志记录;
  • 在发生意外情况的时候能够重新启动并缓存被破坏的 opcode;
  • 文件上传优化支持;
  • “慢日志” – 记录脚本(不仅记录文件名,还记录 PHP backtrace 信息,可以使用 ptrace或者类似工具读取和分析远程进程的运行数据)运行所导致的异常缓慢;
  • fastcgi_finish_request() – 特殊功能:用于在请求完成和刷新数据后,继续在后台执行耗时的工作(录入视频转换、统计处理等);
  • 动态/静态子进程产生;
  • 基本 SAPI 运行状态信息(类似Apache的 mod_status);
  • 基于 php.ini 的配置文件。

由前面的phpStudy我们可以看到,运行php-cgi.exe(在Mac/Linux上是php-cgi)时,只有一个进程,当网站并发数大时,这个进程很容易就“挂掉”,挂掉就再也无法处理nginx的请求了。而php-fpm是一个进程管理器,启动它时,它除了有一个“主进程(master)”外,还会创建很多“子进程”,如下图:
screenshot.jpeg

这些子进程,才是真正的“遵循通用网关接口的php解释器”,而主进程只不过是把请求分配给这些子进程而已,所以php-fpm才叫“php fastCGI进程管理器”,当网站并发数大时,主进程会不断把请求分配给这些子进程,从而可以同时处理高并发而不“挂掉”。

另外,子进程的多少,主进程还会“自动分配”,比如并发数大时,主进程会多创建一些子进程,用于同时处理更多的请求,而当并发数小时,则会自动关闭一些进程,从而“减少这些子进程对服务器内存的占用”,当然这个取决于php-fpm配置的进程管理方式(static方式不会自动)。

php-fpm管理进程的三种方式

php-fpm的进程管理方式有:

  • static:静态方式,即子进程数是固定的,不会随着并发数的多少而自动调整子进程数,有两个缺点,1、当并发数少时,如果子进程太多会浪费内存,2、当并发数大时也不会自动增加子进程,比如“死板”,我们一般不会用这种方式。
  • dynamic:动态分配,当空闲时,会自动缩小到最少子进程数(通过pm.min_spare_servers指定),当并发数大时,会按需求增加子进程数,当然这个增加并不是无止境的,而是有最大子进程数的(通过pm.max_children指定,另外也有空闲时的最大子进程数,通过pm.max_spare_servers指定),一般我们都采用这种进程管理方式。
  • ondemand:启动php-fpm时,只有主进程,没有子进程,当有请求过来时,才会创建子进程,并发数越多创建的子进程数就越多,但有个极限值(由pm.max_children指定),空闲的进程会在pm.process_idle_timeout秒内被关闭,这种方式无法及时的“响应并处理”nginx的请求,虽然这会让php-fpm在空闲时占用内存最小,但没有必要,因为服务器不缺这点内存,这种方式一般也不会使用。

php-fpm平滑重启原理

php-fpm的平滑重启:

kill -SIGUSR2 主进程id

因为php-fpm本身并没有类似nginx的reload之类的命令,你用man php-fpm也能看出来,确实没有,如果你有在网上看到过php-fpm reloadservice php-fpm reload之类的命令或者你使用过,它本身并不是php-fpm,而是一个shell脚本而已,它所在的位置有在/etc/init.d/php-fpm,而这个reload的本质,其实就是给php-fpm主进程发送-SIGUSR2信号,而php-fpm规定了-SIGUSR2信号为平滑重启信号(参见php-fpm信号,你造么?)。
Xnip2019-05-30_19-12-09.jpg

平滑重启步骤:
– 1、master通过给子进程发送SIGQUIT信号的方式,平滑关闭所有的子进程
– 2、如果过一段时间,有些子进程还没退出,给子进程发送SIGTERM信号,强制关闭子进程
– 3、如果还没关闭,给子进程发送SIGKILL信号,强制关闭
– 4、等所有的子进程退出后,master重新启动

参考:
深入理解 FastCGI 协议以及在 PHP 中的实现
搞不清FastCgi与PHP-fpm之间是个什么样的关系
php-fpm解读-进程管理的三种模式

打赏

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