FastCGI简述

news2024/12/28 20:19:00

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FastCGI (FCGI) 是一种协议，用于改善 Web 服务器和应用程序之间的通信效率。它是在 CGI（Common Gateway Interface）的基础上发展起来的，旨在解决 CGI 在处理大量并发请求时存在的性能问题。

CGI的由来

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最早的Web服务器只能简单地响应浏览器发来的HTTP请求，并将存储在服务器上的HTML文件返回给浏览器，也就是静态html文件，但是后期随着网站功能增多网站开发也越来越复杂，以至于出现动态技术，比如像php(1995年)、java(1995)，python(1991)语言开发的网站，但是nginx/apache服务器并不能直接运行 php、java这样的文件，apache实现的方式是打补丁，但是nginx缺通过与第三方基于协议实现，即通过某种特定协议将客户端请求转发给第三方服务处理，第三方服务器会新建新的进程处理用户的请求，处理完成后返回数据给Nginx并回收进程，最后nginx在返回给客户端，那这个约定就是通用网关接口(common gateway interface，简称CGI)，CGI（协议） 是web服务器和外部应用程序之间的接口标准，是cgi程序和web服务器之间传递信息的标准化接口。

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为什么会有FastCGI？
CGI协议虽然解决了语言解析器和 Web Server 之间通讯的问题，但是它的效率很低，因为 Web Server
每收到一个请求都会创建一个CGI进程，PHP解析器都会解析php.ini文件，初始化环境，请求结束的时候
再关闭进程，对于每一个创建的CGI进程都会执行这些操作，所以效率很低，而FastCGI是用来提高CGI性能的，FastCGI每次处理完请求之后不会关闭掉进程，而是保留这个进程，使这个进程可以处理多个请
求。这样的话每个请求都不用再重新创建一个进程了，大大提升了处理效率。
什么是PHP-FPM？
PHP-FPM(FastCGI Process Manager：

  • FastCGI进程管理器)是一个实现了Fastcgi的程序，并且提供进程管理的功能。
  • 进程包括master进程和worker进程。master进程只有一个，负责监听端口，接受来自web server
    的请求
  • worker进程一般会有多个，每个进程中会嵌入一个PHP解析器，进行PHP代码的处理。

FastCGI 的特点

  1. 持久连接：FastCGI 允许一个持久的进程模型，在这个模型下，FastCGI 进程被启动后会一直运行，而不是为每个请求单独启动和终止，这样可以显著减少进程创建和销毁的开销。

  2. 多线程或多进程：FastCGI 支持多线程或多进程模型，这意味着单个 FastCGI 进程可以同时处理多个请求，提高了资源利用率。

  3. 异步处理：FastCGI 还支持异步 I/O 操作，这使得 FastCGI 应用程序能够更好地利用系统资源，并且在等待 I/O 完成时可以继续处理其他请求。

  4. 语言无关：FastCGI 可以用任何编程语言实现，只要该语言支持网络编程并能够处理 TCP/IP 或 Unix domain sockets。

  5. 平台无关：FastCGI 可以在多种操作系统上运行，包括 Linux、Windows 和 macOS。

FastCGI 的工作流程

  1. 初始化：Web 服务器启动时，它启动一个或多个 FastCGI 进程。
  2. 接收请求：当 Web 服务器收到 HTTP 请求时，它解析请求并将其转发给 FastCGI 进程。
  3. 处理请求：FastCGI 进程处理请求，并生成动态内容。
  4. 发送响应：FastCGI 进程将响应内容发送回 Web 服务器。
  5. 返回响应：Web 服务器将 FastCGI 进程的响应合并到 HTTP 响应中，并将其发送给客户端。

使用场景

FastCGI 主要用于以下场景：

  • 高性能 Web 应用：需要处理大量并发请求的应用程序。
  • 动态内容生成：如 PHP、Python、Ruby 等脚本语言编写的应用程序，这些语言通常用于生成动态网页内容。
  • 资源密集型应用：对于那些需要大量计算资源的应用程序，FastCGI 能够更高效地管理这些资源。

实现方式

Nginx基于模块ngx_http_fastcgi_module实现通过fastcgi协议将指定的客户端请求转发至php-fpm处
理，其配置指令如下：

示例

以 Nginx 作为 Web 服务器配置 FastCGI 的例子：

fastcgi_pass address:port;
#转发请求到后端服务器，address为后端的fastcgi server的地址，可用位置：location, if in
location
fastcgi_index name;
#fastcgi默认的主页资源，示例：fastcgi_index index.php;
fastcgi_param parameter value [if_not_empty];
#设置传递给FastCGI服务器的参数值，可以是文本，变量或组合，可用于将Nginx的内置变量赋值给自定义
key
fastcgi_param REMOTE_ADDR $remote_addr; #客户端源IP
fastcgi_param REMOTE_PORT $remote_port; #客户端源端口
fastcgi_param SERVER_ADDR $server_addr; #请求的服务器IP地址
fastcgi_param SERVER_PORT $server_port; #请求的服务器端口
fastcgi_param SERVER_NAME $server_name; #请求的server name
Nginx默认配置示例：
location ~ \.php$ {
root /scripts;
fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;
fastcgi_index index.php;
fastcgi_param SCRIPT_FILENAME /scripts$fastcgi_script_name; #默认脚本路径
#fastcgi_param SCRIPT_FILENAME $document_root$fastcgi_script_name;
include fastcgi_params; #此文件默认系统已提供,存放的相对路径为
prefix/conf
}

在这个配置文件中，Nginx 将所有 .php 文件的请求转发给监听在 127.0.0.1:9000 的 FastCGI 服务器（通常是 PHP-FPM），然后 FastCGI 服务器处理 PHP 请求并将结果返回给 Nginx，最后由 Nginx 发送给客户端。

Nginx与php-fpm在同一服务器示例

配置php优化

[root@Nginx ~]# cd /usr/local/php/etc
[root@Nginx etc]# cp php-fpm.conf.default php-fpm.conf
[root@Nginx etc]# vim php-fpm.conf
去掉注释
pid = run/php-fpm.pid #指定pid文件存放位置
[root@Nginx etc]# cd php-fpm.d/
[root@Nginx php-fpm.d]# cp www.conf.default www.conf
#生成主配置文件
[root@Nginx php-fpm.d]# cd /root/php-8.3.9/
[root@Nginx php-8.3.9]# cp php.ini-production /usr/local/php/etc/php.ini
[root@Nginx ~]# vim /usr/local/php/etc/php.ini
[Date]
; Defines the default timezone used by the date functions
; https://php.net/date.timezone
date.timezone = Asia/Shanghai #修改时区
#生成启动文件
[root@Nginx ~]# cd /root/php-8.3.9/
[root@Nginx php-8.3.9]# cp sapi/fpm/php-fpm.service /lib/systemd/system/
# Mounts the /usr, /boot, and /etc directories read-only for processes invoked by
this unit.
#ProtectSystem=full #注释该内容
[root@Nginx php-8.3.9]# systemctl start php-fpm.service
[root@Nginx php-8.3.9]# netstat -antlupe | grep php
tcp 0 0 127.0.0.1:9000 0.0.0.0:* LISTEN 0
820758 176202/php-fpm: mas

准备php测试页面

[root@Nginx ~]# mkdir /data/php -p
[root@centos8 ~]# cat /data/php/index.php #php测试页面
<?php
phpinfo();
?>

Nginx配置转发
Nginx安装完成之后默认生成了与fastcgi的相关配置文件，一般保存在nginx的安装路径的conf目录当
中，比如/apps/nginx/conf/fastcgi.conf、/apps/nginx/conf/fastcgi_params。

[root@Nginx ~]# vim /usr/nginx/conf.d/php.conf
server {
listen 80;
server_name php.exmple.org;
root /data/php;
location ~ \.php$ {
fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;
fastcgi_index index.php;
include fastcgi.conf;
}
}
#重启Nginx并访问web测试
[root@Nginx ~]# nginx -s reload

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添加php环境变量

[root@Nginx ~]# vim .bash_profile
# .bash_profile
# Get the aliases and functions
if [ -f ~/.bashrc ]; then
. ~/.bashrc
fi
# User specific environment and startup programs
PATH=$PATH:$HOME/bin:/apps/nginx/sbin:/usr/local/php/bin
export PATH
[root@Nginx ~]# source .bash_profile

PHP的动态缓存模块

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安装memcache模块

[root@Nginx ~]# tar zxf memcache-8.2.tgz
[root@Nginx ~]# cd memcache-8.2/
[root@Nginx memcache-8.2]# yum install autoconf
[root@Nginx memcache-8.2]# phpize
[root@Nginx memcache-8.2]# ./configure && make && make install
Installing shared extensions: /usr/local/php/lib/php/extensions/no-debug-nonzts-20230831/
[root@Nginx memcache-8.2]# ls /usr/local/php/lib/php/extensions/no-debug-non-zts20230831/
memcache.so opcache.so

复制测试文件到nginx发布目录

[root@Nginx ~]# cd memcache-8.2/
[root@Nginx memcache-8.2]# ls
autom4te.cache config.log configure.ac example.php Makefile.fragments
README
build config.m4 config.w32 include Makefile.objects runtests.php
config9.m4 config.nice CREDITS libtool memcache.la src
config.h config.status docker LICENSE memcache.php
tests
config.h.in configure Dockerfile Makefile modules
[root@Nginx memcache-8.2]# cp example.php memcache.php /data/php/
[root@Nginx ~]# vim /data/php/memcache.php
define('ADMIN_USERNAME','admin'); // Admin Username
define('ADMIN_PASSWORD','lee'); // Admin Password
define('DATE_FORMAT','Y/m/d H:i:s');
define('GRAPH_SIZE',200);
define('MAX_ITEM_DUMP',50);
$MEMCACHE_SERVERS[] = 'localhost:11211'; // add more as an array
#$MEMCACHE_SERVERS[] = 'mymemcache-server2:11211'; // add more as an array

配置php加载memcache模块

[root@Nginx ~]# yum install memcached -y
[root@Nginx ~]# systemctl enable --now memcached.service
[root@Nginx ~]# netstat -antlupe | grep memcache
tcp 0 0 127.0.0.1:11211 0.0.0.0:* LISTEN
976 1037243 186762/memcached
[root@Nginx ~]# cat /etc/sysconfig/memcached
PORT="11211"
USER="memcached"
MAXCONN="1024"
CACHESIZE="64"
OPTIONS="-l 127.0.0.1,::1"

测试示例：

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php高速缓存

在我们安装的nginx中默认不支持memc和srcache功能，需要借助第三方模块来让nginx支持此功能，所
以nginx需要重新编译

[root@Nginx ~]# rm -fr /usr/nginx
[root@Nginx ~]# tar zxf srcache-nginx-module-0.33.tar.gz
[root@Nginx ~]# tar zxf memc-nginx-module-0.20.tar.gz
[root@Nginx ~]# cd nginx-1.26.1/
[root@Nginx nginx-1.26.1]# ./configure --prefix=/apps/nginx --user=nginx --
group=nginx --with-http_ssl_module --with-http_v2_module --withhttp_realip_module --with-http_stub_status_module --with-http_gzip_static_module
--with-pcre --with-stream --with-stream_ssl_module --with-stream_realip_module --
add-module=/root/memc-nginx-module-0.20 --add-module=/root/srcache-nginx-module0.33
[root@Nginx nginx-1.26.1]# make && make install
[root@Nginx ~]# vim /apps/nginx/conf.d/php.conf
upstream memcache {
server 127.0.0.1:11211;
keepalive 512;
}
server {
listen 80;
server_name php.timinglee.org;
root /data/php;
location /memc {
internal;
memc_connect_timeout 100ms;
memc_send_timeout 100ms;
memc_read_timeout 100ms;
set $memc_key $query_string; #使用内置变量$query_string来作为key
set $memc_exptime 300; #缓存失效时间300秒
memc_pass memcache;
}
location ~ \.php$ {
set $key $uri$args; #设定key的值
srcache_fetch GET /memc $key; #检测mem中是否有要访问的php
srcache_store PUT /memc $key; #缓存为加载的php数据
fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;
fastcgi_index index.php;
include fastcgi.conf;
}
}
[root@Nginx ~]# systemctl start nginx.service

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