30、提升 CGI 应用性能：FastCGI 与 mod_perl 全解析

silver

于 2025-12-03 07:01:12 发布

阅读量17

点赞数

CC 4.0 BY-SA版权

分类专栏： CGI编程的艺术与实践文章标签： FastCGI mod_perl CGI性能优化

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/silver/article/details/155513495

CGI编程的艺术与实践专栏收录该内容

30 篇文章 ¥499.90

订阅专栏¥69.90

会员秒杀 ¥9.9 重磅福利

超级会员免费看

提升 CGI 应用性能：FastCGI 与 mod_perl 全解析

1. FastCGI 简介

FastCGI 是一种 Web 服务器扩展，它能将 CGI 程序转变为持久、长生命周期的类服务器应用。在启动时，Web 服务器会为每个指定的 CGI 应用生成一个 FastCGI 进程，这些进程会持续响应请求，直至被明确终止。若某个应用的使用频率较高，还可让 FastCGI 生成多个进程来处理并发请求。

与传统的 Perl CGI 应用相比，FastCGI 具有显著优势。传统的 Perl CGI 应用每次处理请求时都会产生启动开销，包括创建进程和解释代码的过程。若代码的初始化过程较长，开销会更大。而 FastCGI 应用则不会受这些问题的困扰，它无需为每个请求额外创建进程，所有初始化工作都在启动时完成。此外，由于这些应用的生命周期较长，还能在请求之间存储数据。

以下是一个典型的 FastCGI 脚本示例：

#!/usr/bin/perl -wT

use strict;
use vars qw( $count );
use FCGI;

local $count = 0;

while ( FCGI::accept >= 0 ) {
    $count++;
    print "Content-type: text/plain\n\n";
    print "You are request number $count. Have a good day!\n";
}

该脚本与常规的 CGI 程序差别不大，只是 $count 这个全局变量仅在启动时初始化为 0，后续所有请求都会持续使用该值。当 Web 服务器接收到对该 FastCGI 应用的请求时，会将其传递给 FCGI::accept ，该函数会接受请求并返回响应，从而执行 while 循环体。每次请求时， $count 的值都会递增。

若 CGI 脚本使用了 CGI.pm ，可使用其 FastCGI 接口 CGI::Fast ，示例如下：

#!/usr/bin/perl -wT

use strict;
use vars qw( $count );
use CGI::Fast;

local $count = 0;

while ( my $q = new CGI::Fast ) {
    $count++;
    print $q->header( "text/plain" ),
          "You are request number $count. Have a good day!\n";
}

此脚本的工作方式与上一个示例相同，在创建 CGI::Fast 对象之前的代码仅执行一次，然后脚本会等待请求的到来。当接收到请求时，会创建一个新的 CGI::Fast 对象并执行 while 循环体。

2. 安装 FastCGI

早期的 FastCGI 版本需要修改过的 Perl 才能正常工作，但现在已无需如此。不过，FastCGI 仍需对 Web 服务器进行一些更改。FastCGI 发行版包含了适用于 Web 服务器的模块以及 Perl 模块 FCGI （也可从 CPAN 获取）。可从 FastCGI 开源项目主页下载，需注意的是， http://www.fastcgi.org/ 提供的是基于 FastCGI 的商业解决方案，这两个网站的功能与常见的 .org 和 .com 用途相反。

以下是在 Apache 中安装 FastCGI 的步骤：
1. 若使用的 Apache 版本大于 1.3，可按以下方式运行 Apache 的配置命令：

configure --add-module=/usr/local/src/apache-fastcgi/src/mod_fastcgi.c

确定 FastCGI 应用的存放位置，并在 httpd.conf 中添加以下指令（若使用 access.conf 和 srm.conf ， Location 应放在 access.conf 中， Alias 应放在 srm.conf 中）：

<Location /fcgi>
SetHandler fastcgi-script
</Location>

Alias /fcgi/  /usr/local/apache/fcgi/

对于每个要启动的 FastCGI 应用，需添加类似以下的条目：

AppClass /usr/local/apache/fcgi/fast_count.cgi

启动 Apache 服务器后，系统进程表中应会显示 fcgi_count 进程。可通过在浏览器中访问 http://localhost/fcgi/fast_count.cgi 来测试。

在将应用转换为 FastCGI 之前，有几点需要注意：
- 修复 FastCGI 程序中的所有内存泄漏问题，否则可能会严重影响系统资源。可在脚本开头添加以下代码来检查警告并限制变量作用域：

#!/usr/bin/perl -wT

use strict;

考虑整合各个 CGI 应用的功能。由于 CGI 应用每次请求都会产生显著的开销，因此通常会将功能拆分为多个小应用以减少开销。但使用 FastCGI 后，这不再是问题。

FastCGI 还提供了其他功能，例如本地 Web 服务器可在远程机器上运行 FastCGI 程序。若想了解更多详细信息，可查阅 FastCGI 文档。

3. mod_perl 简介

mod_perl 是 Apache 服务器的扩展，它将 Perl 嵌入到 Apache 中，为 Apache API 提供了 Perl 接口。这使得我们可以用 Perl 开发完整的 Apache 模块，以处理客户端请求的特定阶段。该扩展由 Doug MacEachern 编写，自推出以来，其受欢迎程度迅速增长。

最常用的 Apache/Perl 模块是 Apache::Registry ，它模拟了 CGI 环境，使我们能够编写在 mod_perl 下运行的 CGI 应用。由于 Perl 嵌入在服务器中，避免了启动外部解释器的开销。此外，我们可以在服务器启动时加载并编译所有要使用的外部 Perl 模块，而不是在应用执行期间进行。 Apache::Registry 还会缓存 CGI 应用的编译版本，进一步提升性能。据用户反馈，结合使用 mod_perl 和 Apache::Registry 可使 CGI 应用的性能提升高达 2000%。

Apache::Registry 是一个响应处理程序，负责生成要返回给客户端的响应。它在 CGI 应用之上形成一层，执行应用并将结果输出返回给客户端。若不想使用 Apache::Registry ，也可实现自己的响应处理程序来处理请求。但这些处理程序与标准的 CGI 脚本有很大不同，本文不讨论如何使用 mod_perl 创建处理程序，若想了解相关内容，可参考 Lincoln Stein 和 Doug MacEachern 所著的《Writing Apache Modules with Perl and C》。

4. mod_perl 的安装与配置

可从 CPAN 获取 mod_perl，Apache 命名空间用于特定于 mod_perl 的模块。安装过程相对简单，步骤如下：

$ cd mod_perl-1.22
$ perl Makefile.PL \
> APACHE_PREFIX=/usr/local/apache  \
> APACHE_SRC=../apache-1.3.12/src  \
> DO_HTTPD=1                       \
> USE_APACI=1                      \
> EVERYTHING=1  
$ make
$ make test
$ su
# make install

若要进行自定义安装，可参考 Apache 和 mod_perl 的安装说明。若不打算开发和实现各种 Apache/Perl 处理程序，则无需使用 EVERYTHING=1 指令，此时可仅实现 PerlHandler 。

安装完成后，需要对 Apache 进行配置，以下是一个简单的配置示例：

PerlRequire      /usr/local/apache/conf/startup.pl
PerlTaintCheck   On
PerlWarn         On

Alias /perl/ /usr/local/apache/perl/

<Location /perl>
SetHandler       perl-script
PerlSendHeader   On
PerlHandler      Apache::Registry
Options          ExecCGI
</Location>

此配置与 FastCGI 的配置方式类似，使用 PerlRequire 指令执行启动脚本，通常会在此预加载所有要使用的模块。若只想加载少量模块（最多 10 个），可使用 PerlModule 指令：

PerlModule  CGI  DB_File  MLDBM  Storable

为使 Apache::Registry 支持污点模式和警告，必须添加 PerlTaintMode 和 PerlWarn 指令，否则这些功能将不会启用。全局配置完成后，再配置要运行脚本的目录。

以下是一个示例启动脚本 startup.pl ：

#!/usr/bin/perl -wT

use Apache::Registry;

use CGI;

## any other modules that you may need for your
## other mod_perl applications running ...

print "Finished loading modules. Apache is ready to go!\n";

1;

该脚本仅用于加载模块，由于 Apache::Registry 要处理所有请求，因此也需要预加载。需注意的是，Apache 的每个子进程都可以访问这些模块。若在启动时未加载某个模块，但在应用中使用了它，则每个子进程都需要加载一次该模块。同样，在 Apache::Registry 下运行的 CGI 应用，每个子进程会编译并缓存一次 CGI 应用，因此该子进程处理的第一个请求会相对较慢，但后续请求会快很多。

5. 使用 mod_perl 的注意事项

虽然 Apache::Registry 能很好地模拟标准 CGI 环境，但仍有一些差异需要注意：
- 与 FastCGI 一样，使用 mod_perl 时应始终使用严格模式并启用警告。始终初始化变量，不要假设脚本启动时变量为空，警告标志会在使用未定义值时发出提示。脚本结束时，环境不会被清理，因此未超出作用域的变量和全局变量在下一次调用脚本时仍会保持定义状态。
- 由于代码仅编译一次并缓存，脚本主体中的词法变量在子例程中访问时会创建闭包。例如，在标准 CGI 脚本中可以这样做：

my $q = new CGI;

check_input(  );

sub check_input {
    unless ( $q->param( "email" ) ) {
        error( $q, "You didn't supply an email address." );
    }
}

在上述代码中，未将 CGI 对象 $q 作为参数传递给 check_input 子例程，但在该子例程中仍可访问该变量。这在 CGI 中可以正常工作，但在 mod_perl 中会产生非常微妙且令人困惑的错误。问题在于，脚本在特定的 Apache 子进程上首次运行时，CGI 对象的值会被捕获在 check_input 的缓存副本中。后续对同一 Apache 子进程的所有调用都会重用 check_input 中 CGI 对象的原始值。解决方法是将 $q 作为参数传递给 check_input ，或者将 $q 从词法变量改为全局局部变量。若不熟悉闭包（在 Perl 中不常用），可参考 perlsub 手册页或《Programming Perl》。
- constant 模块通过将常量内部定义为子例程来创建常量。由于 Apache::Registry 创建了一个持久的环境，以这种方式使用常量在脚本重新编译时可能会在错误日志中产生以下警告：

Constant subroutine FILENAME redefined at ...

这些警告不会影响脚本的输出，可直接忽略。另一种方法是将常量改为全局变量，对于值不变的变量，闭包问题不会成为问题。在 Perl 5.004_05 及更高版本中，未修改的代码不应再出现此警告。
- 使用 o 标志编译的正则表达式会在该脚本的所有请求中保持编译状态，而不仅仅是一个请求。
- 文件年龄函数（如 -M ）会相对于应用开始的时间计算其值，但在 mod_perl 中，通常是相对于服务器启动的时间。可从 $^T 获取该值，因此将 (time - $^T) 加到文件的年龄上可得到真实的年龄。
- BEGIN 块在脚本编译时执行一次，而不是在每个请求开始时执行。但 END 块会在每个请求结束时执行，可像往常一样使用。
- 在使用 Apache::Registry 的 CGI 脚本中，不能使用 __END__ 和 __DATA__ ，否则脚本会失败。
- 通常，在 mod_perl 中脚本不应调用 exit ，否则会导致 Apache 退出（因为 Perl 解释器嵌入在 Web 服务器中）。不过， Apache::Registry 会覆盖标准的 exit 命令，因此在这些脚本中使用是安全的。

若将应用转换为在 Apache::Registry 下有效运行过于麻烦，可考虑使用 Apache::PerlRun 模块。该模块使用嵌入在 Apache 中的 Perl 解释器，但不会缓存编译后的代码。因此，它可以运行不太规范的 CGI 脚本，但无法获得 Apache::Registry 的全部性能提升。不过，它仍然比典型的 CGI 应用更快。

mod_perl 不仅能提高 CGI 脚本的速度，还允许使用 Perl 编写与 Apache 响应周期交互的代码，例如自行处理身份验证和授权。由于篇幅有限，无法对 mod_perl 进行全面讨论。若想了解更多关于 mod_perl 的信息，可从 Stas Bekman 的 mod_perl 指南开始，然后参考《Writing Apache Modules with Perl and C》，该书对 mod_perl 进行了非常全面且专业的介绍。

6. 从 CPAN 安装 Perl 模块

CPAN（Comprehensive Perl Archive Network）是一个全面的 Perl 存档网络，可在 http://www.cpan.org/ 及其全球众多镜像站点（ http://www.cpan.org/SITES.html ）上找到。从 CPAN 可以下载 Perl 的源代码和二进制发行版，以及书中提到的所有模块和许多其他脚本和模块。

可在 http://www.cpan.org/modules/00modlist.long.html 浏览长长的模块列表。若知道要下载的模块名称，通常可通过模块名称的第一个单词找到它。例如，可从 http://www.cpan.org/modules/by-module/Digest/ 下载 Digest::MD5 ，该目录中的文件名是 Digest-MD5-2.09.tar.gz （注意，版本号可能会随时间变化）。

6.1 安装模块

CPAN 上分发的所有 Perl 模块都遵循一致的安装过程，但有些模块比其他模块更容易安装。有些模块依赖于其他模块，有些则包含必须编译并通常链接到系统上其他库的 C 源代码。

编译包含 C 代码的模块可能会有困难，大多数商业 Unix 发行版不包含 ANSI C 编译器，可通常获取预构建的 gcc 编译器二进制文件。可在特定平台的软件存档站点上查找（例如，Solaris 可访问 http://www.sun.com/sunsite/ ，HP/UX 可访问 http://hpux.cae.wisc.edu/ ）。Linux 和 BSD 系统通常已经具备所需的工具。

若在 Win32 上使用 ActiveState 发行的 Perl，可使用 Perl 包管理器从 ActiveState 下载预构建的二进制模块。更多信息可访问 http://www.activestate.com/PPM/ 。

在 Unix 及兼容系统上，安装模块最简单的方法是使用 CPAN.pm 模块，通常以超级用户身份运行以下命令：

# perl -MCPAN -e shell

这将创建一个交互式 shell，可从中获取 CPAN 上模块的信息，并在系统上安装或更新模块。首次运行 CPAN 时，它会提示输入配置信息，告知可用于下载模块的工具以及要使用的 CPAN 镜像。

配置完成后，只需在 cpan> 提示符下输入 install 后跟模块名称即可安装模块：

cpan> install Digest::MD5

CPAN 会获取所需的模块并进行安装，它会识别模块的依赖关系，并自动安装所需的其他模块。除了 install 命令外，还有其他几个命令，可在提示符下输入问号获取完整列表。

偶尔，CPAN 可能无法为你安装模块，此时需要手动安装。在 Unix 及兼容系统上，下载模块后可按以下步骤操作：

$ gzip -dc Digest-MD5-2.09.tar.gz | tar xvf -
$ cd Digest-MD5-2.09
$ perl Makefile.PL
$ make
$ make test
$ su
# make install

若 make 或 make test 失败，则需要查找并解决问题。可查看模块附带的文档获取帮助。若下载的模块包含链接到其他库的 C 代码，需验证库的版本是否符合 Perl 模块的要求。还可在新闻组帖子中搜索是否有人已经遇到并解决了相同的问题，可使用 http://www.deja.com/usenet/ 进行搜索，导航到高级新闻搜索并搜索 comp.lang.perl.modules 相关术语。

若已验证了所有版本依赖关系，在文档中找不到答案，在过去的新闻组帖子中也找不到答案，且自己无法解决问题，则可向 news:comp.lang.perl.modules 发送礼貌、详细的消息，解释问题并请求帮助。不过，可能不应该使用 deja.com 发送消息，因为一些经验丰富且乐于助人的 Perl 程序员会过滤掉从 deja.com 发送的新闻消息（出于同样的原因，也应避免使用 Microsoft 邮件应用程序发送消息）。

7. 使用 perldoc 查看文档

对于新接触 Perl 的开发者来说，常常会忽略一个非常有价值的信息来源： perldoc 。 perldoc 是 Perl 的文档查看器，可用于阅读 Perl 的 POD（Plain Old Documentation）格式的文档。它提供了关于 Perl 以及模块的丰富信息，几乎所有随 Perl 附带或可从 CPAN 获取的模块都包含 POD 文档。

若系统上 perl 可以正常工作，但 perldoc 命令无法使用，可能需要在系统中搜索它。它通常会随 Perl 一起安装，但根据安装情况，可能未安装在标准可执行目录中。也可使用 man 命令替代，POD 页面在安装时通常会转换为手册页。

可通过以下命令开始使用 perldoc ：

$ perldoc perl

该命令会提供 Perl 的基本描述以及可用的 Perl 手册章节列表。例如，输入以下命令可显示 Perl 安全部分：

$ perldoc perlsec

perldoc 有许多选项，可通过以下命令获取其使用说明：

$ perldoc perldoc

perldoc 在查看模块文档时非常有用，可通过以下命令查看 CGI.pm 的详细文档：

$ perldoc CGI

对于多单词模块，同样适用：

$ perldoc Digest::MD5

需注意，请求的模块必须存在， perldoc 不会从 CPAN 获取文档。除了包名，还可向 perldoc 提供文件名，这样可以在模块安装前查看其文档：

$ perldoc ./MD5.pm

POD 通常存储在 .pm 文件中，但也可能有单独的 .pod 文件。若更喜欢图形界面，可考虑查看 Tk::Pod 模块。

综上所述，FastCGI 和 mod_perl 为提升 CGI 应用的性能提供了有效的解决方案。通过合理使用这些技术，并注意相关的使用细节和注意事项，能够显著提高 Web 应用的响应速度和稳定性。同时，利用 CPAN 和 perldoc 可以方便地获取和管理 Perl 模块以及查看相关文档，进一步提升开发效率。

提升 CGI 应用性能：FastCGI 与 mod_perl 全解析

8. FastCGI 与 mod_perl 的对比

从这个表格可以看出，FastCGI 和 mod_perl 各有优势，在选择时需要根据具体的应用场景和需求来决定。

9. 性能优化建议

无论是使用 FastCGI 还是 mod_perl，都可以通过以下方法进一步优化性能：
- 代码优化 ：
- 避免不必要的变量和对象创建，减少内存开销。
- 优化算法和数据结构，提高代码执行效率。
- 减少文件 I/O 操作，尽量将数据缓存到内存中。
- 模块管理 ：
- 只加载必要的模块，避免加载过多无用的模块。
- 对于经常使用的模块，可在启动时预加载。
- 服务器配置 ：
- 根据服务器的硬件资源，合理调整进程和线程数量。
- 优化 Apache 的配置参数，如 MaxClients 、 KeepAlive 等。

以下是一个 mermaid 流程图，展示了性能优化的基本流程：

graph LR
    A[开始] --> B[代码审查]
    B --> C{是否有优化点}
    C -- 是 --> D[代码优化]
    D --> E[模块管理优化]
    E --> F[服务器配置优化]
    F --> G[性能测试]
    G --> H{性能是否达标}
    H -- 否 --> B
    H -- 是 --> I[结束]
    C -- 否 --> E

10. 实际案例分析

为了更好地说明 FastCGI 和 mod_perl 的实际应用效果，下面通过一个简单的案例进行分析。

假设我们有一个简单的 CGI 应用，用于处理用户的登录请求。在使用传统 CGI 时，每次请求都会启动一个新的进程，处理时间较长。

10.1 使用 FastCGI

将该应用转换为 FastCGI 应用后，我们可以看到处理时间明显缩短。以下是部分代码示例：

#!/usr/bin/perl -wT

use strict;
use vars qw( $login_count );
use FCGI;

local $login_count = 0;

while ( FCGI::accept >= 0 ) {
    $login_count++;
    # 处理登录逻辑
    print "Content-type: text/plain\n\n";
    print "You are login number $login_count. Have a good day!\n";
}

通过使用 FastCGI，避免了每次请求的进程创建开销，性能得到了显著提升。

10.2 使用 mod_perl

如果使用 mod_perl 和 Apache::Registry ，性能提升会更加明显。以下是相应的代码示例：

#!/usr/bin/perl -wT

use strict;
use vars qw( $login_count );
use CGI::Fast;

local $login_count = 0;

while ( my $q = new CGI::Fast ) {
    $login_count++;
    # 处理登录逻辑
    print $q->header( "text/plain" ),
          "You are login number $login_count. Have a good day!\n";
}

在这个案例中，mod_perl 不仅避免了进程创建开销，还缓存了编译后的代码，进一步提高了处理速度。