CGI技術及其開發

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。但不同的使用者有不同的功能要求，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），它必須提供一種擴充手
段，以允許使用者編寫擴充應用程式來擴充伺服器的功能。CGI（CommonGatewayInterface，
即通用閘道介面）就是這樣的一種標準擴充技術。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是外部擴充應用程式與WWW伺服器互動的一個標準介面。按照CGI標準編寫的外
部擴充應用程式可以處理用戶端（一般是WWW瀏覽器）輸入的協同工作資料，完成
用戶端與伺服器的互動操作。這在實際應用中非常有用，如可以編寫CGI外部擴充
程式來訪問外部資料庫，用戶端使用者可以通過它和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：如所示，服
務器是用戶端（如瀏覽器）與擴充程式之間的通道。當用戶端的使用者完成了一定
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，就建立一個子進程（稱為CGI進程）。
該CGI子進程將CGI請求的有關資料設定成環境變數，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資料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訊息回送到用戶端。外部CGI程式通過
環境變數、命令列參數、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：當伺服器守護進程建立子進程運行CGI程式時，設定相應的
環境變數和命令列參數，以傳遞用戶端和伺服器的有關資訊給該子進程。＊命令列
參數：命令列參數僅在有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程式通過標準輸入資料流和有關環境變數來
擷取用戶端傳輸資料；如採用GET方式時，CGI程式直接通過環境變數擷取用戶端傳
輸資料。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
輸出資料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擴充程式與伺服器
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伺服器的內建緩衝處理常式實現。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請求的有關資料設定成環境變數
外，還將它們儲存在輸入緩衝區中；通過緩衝處理常式在外部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儲存在輸入緩衝區中。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充程式的處理結果。
3．標準CGI與緩衝CGI的區別
對CGI擴充程式而言，最主要差別在於資料的I／O不同：對緩衝CGI，伺服器與CGI
擴充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擴充程式；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，
因此基於它的擴充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伺服器的標準擴充技術，由上面CGI的基本原理可知，它和許多其它的
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協議在用戶端和服務端進行通訊：＊用戶端使用者代理程式向伺服器發送的
請求是HTTP請求訊息。該訊息中含有處理使用者輸入的CGI擴充程式的URL值。＊CGI
擴充程式在處理結束後，返回給用戶端的應答是HTTP應答訊息。因此CGI程式的輸
出資料必須符合HTTP應答訊息的文法格式，這在基於CGI標準的開發中非常重要。
2．CGI與HTML語言
CGI擴充程式的輸出資料（HTTP應答訊息）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）；指向其它文檔的URL連結。這兩種方式
都與HTML語言有關，資料的組織須符合HTML文法格式。
1．4CGI開發的幾個問題
基於WWW的人機互動一般有兩種情況：本地互動和通過網路傳輸的互動。前者是指
用戶端使用者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使用者，常
見的開發工具有JavaScript（Netscape開發）和VBScript（Microsoft開發）；後
者是指用戶端使用者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使用者，常見的開發技術是WWW伺服器擴充技術（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轉送的互動實現。對這種人機
互動的實現，主要有三個環節需要解決：如何擷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．用戶端傳輸資料的擷取
由第三章CGI的原理可知，當服務端守護進程接收到用戶端使用者代理程式（如瀏覽器）
提交的CGI請求時，所建立的CGI子進程會設定與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或命令列參數擷取用戶端使用者輸入的資料。資料的擷取與請求所采
用的HTTP方法（Method）和使用者所使用的請求方式有關。使用者通過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
種方式是通過命令列參數傳遞使用者的輸入資料；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。
●擷取環境變數
環境變數的類別很多，包含用戶端和服務端的詳細資料。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標準介面的版本號碼。如使用的CGI1．1版，該變數表示為
“CGI／1．1”
＊REQUEST—METHOD
HTTP要求方法。根據該變數值可判斷CGI請求所採用的要求方法，以決定是通過Stdin
還是通過環境變數QUERY—STRING擷取用戶端傳輸資料。
＊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別型。
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要求方法
用戶端使用者代理程式提交的CGI請求是HTTP請求，其中包括HTTP要求方法。HTTP協議定義
的要求方法中常用的主要有GET和POST。
用戶端FORM表的METHOD屬性用來佈建要求方法，其預設值為GET。如果在FORM中使用
GET方法，CGI程式通過環境變數QUERY—STRING擷取用戶端傳輸資料。如果在FORM中
使用POST方法，CGI程式通過通過CONTENT—LENGTH擷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
通過上述方式擷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表中某輸入欄位的名字；value［i］表示變數
值，它是使用者在FORM表中某輸入欄位中輸入的值。用戶端傳輸資料的每對″Name=Value″
串由′＆′字元分隔，其資料編碼類別型可以從環境變數CONTENT—TYPE擷取。CGI／1．1
版僅支援“application／x－www－form－urlencoded”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，要擷取用戶端使用者的輸入資料，
必須對上述擷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″複原為對應的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，通過標準輸出資料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應答訊息，它一般由兩部分組成：應答頭
和應答資料。常見的應答頭包括三種頭域：Content—Type（資料編碼類別型，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（處理結果的狀態代碼和狀態原因）。HTTP應答頭由幾行格式相同的文本構成，
每行的基本格式為：″頭網域名稱：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擴充程式的輸出資料，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、實際需求和程式員經驗
等）選擇程式設計語言，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
必須安裝相應的解譯器。