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【Nginx源码研究】Nginx中FastCGI浅析

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C++

一. FastCGI协议简介

1.1 简介

FastCGI(Fast Common Gateway Interface, 快速通用网关接口)是一种通信协议。可以通过Unix Domain Socket, Named Pipe, TCP等方式按照FastCGI协议通信。

图 1.1 FastCGI简介

1.2 数据包格式

FastCGI数据包两部分, 头部(header), 包体(body), 每个数据包都必须包含header, body可以没有。header为8个字节, body必须为8的整数倍, 不是的话需要填充。

1.2.1 头部

typedef struct {    unsigned char version;            // 版本号
    unsigned char type;               // 数据包类型
    unsigned char requestIdB1;        // 记录id高8位
    unsigned char requestIdB0;        // 记录id低8位
    unsigned char contentLengthB1;    // 记录内容长度高8位(body长度高8位)
    unsigned char contentLengthB0;    // 记录内容长度低8位(body长度低8位)
    unsigned char paddingLength;      // 补齐位长度(body补齐长度)
    unsigned char reserved;           // 补齐位}Header;

图 1.2 FastCGI协议数据包头部字段说明

type的取值

#define FCGI_BEGIN_REQUEST       1                     //(web->fastcgi)请求开始数据包
#define FCGI_ABORT_REQUEST       2                     //(web->fastcgi)终止请求
#define FCGI_END_REQUEST         3                     //(fastcgi->web)请求结束
#define FCGI_PARAMS              4                     //(web->fastcgi)传递参数
#define FCGI_STDIN               5                     //(web->fastcgi)数据流传输数据
#define FCGI_STDOUT              6                     //(fastcgi->web)数据流传输数据
#define FCGI_STDERR              7                     //(fastcgi->web)数据流传输
#define FCGI_DATA                8                     //(web->fastcgi)数据流传输
#define FCGI_GET_VALUES          9                     //(web->fastcgi)查询fastcgi服务器性能参数
#define FCGI_GET_VALUES_RESULT  10                     //(fastcgi->web)fastcgi性能参数查询返回
#define FCGI_UNKNOWN_TYPE       11
#define FCGI_MAXTYPE (FCGI_UNKNOWN_TYPE)

1.2.2 params类型数据包

图 1.3 Params数据包

说明:

params数据包以key, value格式发送, 具体格式为(keyLen, valLen, key, val)
key或者val长度大于127时，会用4个字节存储长度，否则用一个字节

1.2.3 数据流类型数据包(stdin, stdout, stderr, data)

图 1.4 数据流类型数据包

1.3 通信流程示例

图 1.5 FastCGI简单通信流程

说明:

begin request 代表请求开始, end request 代表请求结束。
除begin request, end request类型数据包外, 其他类型数据包在发送完成后，需要发送一个只有头部，包体长度为0, 也就是没有包体的数据包，代表这种类型的数据包发送结束。上述params, stdin, stdout, stderr 都需要发送结束包。

1.4 参考

二. Nginx FastCGI

nginx发送的缓冲区数据格式如下:

图 2.1 FastCGI数据包总体结构图

说明:

本部分主要依据ngx_http_fastcgi_create_request函数, 该函数会构造缓存区，并向其中写入上图所示内容，在该函数执行完后，会根据实际情况选择是否继续向缓冲区写入数据，后续情况在此不做讨论。
ngx_http_fastcgi_create_request 函数所需的变量, 在进入该函数之前认为已经初始化完成。

2.1 示例

2.1.1 upstream 发送缓冲区

//r.upstream.request_bufs.buf.pos
//begin request header\001\001\000\001\000\b\000\000
//begin request body\000\001\000\000\000\000\000\000
//begin params header\001\004\000\001\002\b\000\000
//begin parmas body\n\004PRODUCTIONtrue\017\061SCRIPT_FILENAME/home/codes/nginx-1.6.2/output/html8100/index.php\f\000QUERY_STRING\016\003REQUEST_METHODGET\f\000CONTENT_TYPE\016\000CONTENT_LENGTH\v\nSCRIPT_NAME/index.php\v\001REQUEST_URI/\f\nDOCUMENT_URI/index.php\r'DOCUMENT_ROOT/home/codes/nginx-1.6.2/output/html8100\017\bSERVER_PROTOCOLHTTP/1.1\021\aGATEWAY_INTERFACECGI/1.1\017\vSERVER_SOFTWAREnginx/1.6.2\v\tREMOTE_ADDR127.0.0.1\v\005REMOTE_PORT42146\v\tSERVER_ADDR127.0.0.1\v\004SERVER_PORT8100\v\000SERVER_NAME\017\003REDIRECT_STATUS200\017\vHTTP_USER_AGENTcurl/7.29.0\t\016HTTP_HOSTlocalhost:8100\v\003HTTP_ACCEPT*/*
//end params header\001\004\000\001\000\000\000\000
//begin stdin header, 包体长度为0, 可以认为stdin类型数据包发送结束\001\005\000\001\000\000\000\000

2.1.2 Params 数据包参数整理

2.2 源码解析

2.2.1 基础

2.2.1.1 le.ip结构图

图 2.2 le.ip 结构图

2.2.1.2 e.ip结构图

图2.3 e.ip结构图

2.2.2 ngx_http_fastcgi_create_request

该函数主要依据图2.1，将所需数据写入到ngx_http_request_t对应的ngx_http_upstream_t的缓冲区中。
写入key, val时, 通过调用相应函数实现, 该函数是与对应的key, val放置在一起的, 如图2.3所示。

//params数据包写入核心代码while (*(uintptr_t *) le.ip) {
    lcode = *(ngx_http_script_len_code_pt *) le.ip;
    key_len = (u_char) lcode(&le); //获取key的长度
    lcode = *(ngx_http_script_len_code_pt *) le.ip;
    skip_empty = lcode(&le);      //查看空时是否跳过
    for (val_len = 0; *(uintptr_t *) le.ip; val_len += lcode(&le)) {
        lcode = *(ngx_http_script_len_code_pt *) le.ip;
    }
    le.ip += sizeof(uintptr_t);        //当前key:value结束, le.ip后移1位
    if (skip_empty && val_len == 0) { //value为空, 并且设置空时跳过该key
        e.skip = 1;        while (*(uintptr_t *) e.ip) {
            code = *(ngx_http_script_code_pt *) e.ip;
            code((ngx_http_script_engine_t *) &e);
        }
        e.ip += sizeof(uintptr_t);
        e.skip = 0;        continue;
    }
    *e.pos++ = (u_char) key_len; //写入key len 
    if (val_len > 127) {         //写入value len
        *e.pos++ = (u_char) (((val_len >> 24) & 0x7f) | 0x80);
        *e.pos++ = (u_char) ((val_len >> 16) & 0xff);
        *e.pos++ = (u_char) ((val_len >> 8) & 0xff);
        *e.pos++ = (u_char) (val_len & 0xff);
    } else {
        *e.pos++ = (u_char) val_len;
    }    while (*(uintptr_t *) e.ip) {
        code = *(ngx_http_script_code_pt *) e.ip;
        code((ngx_http_script_engine_t *) &e);  //调用code存储的处理函数, 负责将key, value内容写入缓存, 并将e.ip后移
    }
    e.ip += sizeof(uintptr_t);                  //当前Key:Value结束, 跳过NULL, e.ip后移一位
    ngx_log_debug4(NGX_LOG_DEBUG_HTTP, r->connection->log, 0,                   "fastcgi param: \"%*s: %*s\"",
                   key_len, e.pos - (key_len + val_len),
                   val_len, e.pos - val_len);
}

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