C 语言 Web 开发：CGI、FastCGI 与 Nginx 详解

避坑指南：使用 CGI 时务必检查环境变量是否存在，避免空指针访问；同时注意资源泄漏，确保所有动态分配的内存都能释放。

三、FastCGI（快速通用网关接口）基础

1. 核心优势

FastCGI 改进了 CGI 的性能瓶颈。它允许 CGI 进程驻留在内存中，处理多个请求，避免了频繁创建和销毁进程的开销。Web 服务器通过 TCP 或 Unix Socket 与 FastCGI 进程通信。

2. 开发实战

FastCGI 的核心在于 FCGI_Accept() 循环。只要该函数返回非负值，说明有新请求到来。

#include <fcgi_stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    while (FCGI_Accept() >= 0) {
        printf("Content-Type: text/plain\n\n");
        printf("Hello from FastCGI!");
    }
    return 0;
}

处理参数逻辑与 CGI 类似，但需注意 FastCGI 环境变量的获取方式相同，只是生命周期不同。以下是一个完整的参数解析示例：

#include <fcgi_stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

void decode_url(char *src, char *dst) {
    int i = 0, j = 0;
    while (src[i]) {
        if (src[i] == '%') {
            int value;
            sscanf(src + i + 1, "%2x", &value);
            dst[j++] = (char)value;
            i += 3;
        } else if (src[i] == '+') {
            dst[j++] = ' ';
            i++;
        } else {
            dst[j++] = src[i++];
        }
    }
    dst[j] = '\0';
}

int main() {
    while (FCGI_Accept() >= 0) {
        char *query_string = getenv("QUERY_STRING");
        char *request_method = getenv("REQUEST_METHOD");

        printf("Content-Type: text/plain\n\n");
        printf("Query String: %s\n", query_string ? query_string : "");
        printf("Request Method: %s\n", request_method ? request_method : "");

        if (strcmp(request_method, "GET") == 0 && query_string) {
            char *token = strtok(query_string, "&");
            while (token) {
                char *equals = strchr(token, '=');
                if (equals) {
                    *equals = '\0';
                    char *key = token;
                    char *value = equals + 1;
                    char decoded_key[100], decoded_value[100];
                    decode_url(key, decoded_key);
                    decode_url(value, decoded_value);
                    printf("Parameter: %s = %s\n", decoded_key, decoded_value);
                }
                token = strtok(NULL, "&");
            }
        }
    }
    return 0;
}

避坑指南：FastCGI 进程需要保持健壮性，避免单点故障导致整个服务不可用。此外，确保在每次请求处理完毕后重置全局状态，防止数据污染。

四、Nginx 与 C 语言开发基础

1. 核心架构

Nginx 采用事件驱动和多进程模型，配合内存池管理，能高效处理高并发连接。开发 Nginx 模块需要熟悉其内部数据结构，如 ngx_http_request_t 和 ngx_buf_t。

2. 开发实战

编写一个简单的 Nginx 模块，主要涉及定义 Handler 函数和配置命令。以下是一个输出 Hello World 的模块框架：

#include <ngx_config.h>
#include <ngx_core.h>
#include <ngx_http.h>

static ngx_int_t ngx_http_hello_handler(ngx_http_request_t *r);
static ngx_command_t ngx_http_hello_commands[] = {
    {ngx_string("hello_world"), NGX_HTTP_LOC_CONF | NGX_CONF_NOARGS,
     ngx_conf_set_flag_slot, NGX_HTTP_LOC_CONF_OFFSET, 0, NULL},
    ngx_null_command
};

static ngx_http_module_t ngx_http_hello_module_ctx = {
    NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL
};

ngx_module_t ngx_http_hello_module = {
    NGX_MODULE_V1,
    &ngx_http_hello_module_ctx,
    ngx_http_hello_commands,
    NGX_HTTP_MODULE,
    NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL,
    NGX_MODULE_V1_PADDING
};

static ngx_int_t ngx_http_hello_handler(ngx_http_request_t *r) {
    ngx_int_t rc;
    ngx_buf_t *b;
    ngx_chain_t out;

    r->headers_out.content_type.len = sizeof("text/plain") - 1;
    r->headers_out.content_type.data = (u_char *)"text/plain";
    r->headers_out.status = NGX_HTTP_OK;
    r->headers_out.content_length_n = 13;

    rc = ngx_http_send_header(r);
    if (rc == NGX_ERROR || rc > NGX_OK || r->header_only) {
        return rc;
    }

    b = ngx_pcalloc(r->pool, sizeof(ngx_buf_t));
    if (b == NULL) {
        return NGX_HTTP_INTERNAL_SERVER_ERROR;
    }
    out.buf = b;
    out.next = NULL;
    b->pos = (u_char *)"Hello from Nginx!";
    b->last = b->pos + 13;
    b->memory = 1;
    b->last_buf = 1;

    return ngx_http_output_filter(r, &out);
}

static ngx_int_t ngx_http_hello_init(ngx_conf_t *cf) {
    ngx_http_handler_pt *h;
    ngx_http_core_loc_conf_t *clcf;
    clcf = ngx_http_conf_get_module_loc_conf(cf, ngx_http_core_module);
    h = ngx_array_push(&clcf->handlers);
    if (h == NULL) {
        return NGX_ERROR;
    }
    *h = ngx_http_hello_handler;
    return NGX_OK;
}

static ngx_http_module_t ngx_http_hello_module_ctx = {
    NULL, ngx_http_hello_init, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL
};

避坑指南：Nginx 模块开发中，内存管理至关重要。尽量使用 Nginx 提供的内存池（ngx_palloc），避免直接调用 malloc，否则可能导致内存泄漏或无法自动回收。同时，注意线程安全问题，Nginx 主进程和 Worker 进程间的数据共享需谨慎。

五、实战案例：用户登录功能

结合 FastCGI 和 Nginx，我们可以构建一个简单的认证系统。下面是一个处理 POST 请求的用户登录示例。

#include <fcgi_stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

void decode_url(char *src, char *dst) {
    int i = 0, j = 0;
    while (src[i]) {
        if (src[i] == '%') {
            int value;
            sscanf(src + i + 1, "%2x", &value);
            dst[j++] = (char)value;
            i += 3;
        } else if (src[i] == '+') {
            dst[j++] = ' ';
            i++;
        } else {
            dst[j++] = src[i++];
        }
    }
    dst[j] = '\0';
}

int main() {
    while (FCGI_Accept() >= 0) {
        char *content_type = getenv("CONTENT_TYPE");
        char *request_method = getenv("REQUEST_METHOD");

        if (strcmp(request_method, "POST") == 0) {
            char *content_length_str = getenv("CONTENT_LENGTH");
            int content_length = atoi(content_length_str);

            char *post_data = (char *)malloc(content_length + 1);
            if (post_data) {
                fread(post_data, 1, content_length, stdin);
                post_data[content_length] = '\0';

                char *username = NULL;
                char *password = NULL;
                char *token = strtok(post_data, "&");
                while (token) {
                    char *equals = strchr(token, '=');
                    if (equals) {
                        *equals = '\0';
                        char *key = token;
                        char *value = equals + 1;
                        char decoded_key[100], decoded_value[100];
                        decode_url(key, decoded_key);
                        decode_url(value, decoded_value);
                        if (strcmp(decoded_key, "username") == 0) {
                            username = strdup(decoded_value);
                        } else if (strcmp(decoded_key, "password") == 0) {
                            password = strdup(decoded_value);
                        }
                    }
                    token = strtok(NULL, "&");
                }

                printf("Content-Type: text/plain\n\n");
                if (username && password && strcmp(username, "admin") == 0 && strcmp(password, "123456") == 0) {
                    printf("登录成功！");
                } else {
                    printf("用户名或密码错误！");
                }
                free(username);
                free(password);
                free(post_data);
            }
        } else {
            printf("Content-Type: text/html\n\n");
            printf("<html>");
            printf("<head><title>登录页面</title></head>");
            printf("<body>");
            printf("<h1>用户登录</h1>");
            printf("<form method='post' action='/login'>");
            printf("用户名：<input type='text' name='username'><br>");
            printf("密码：<input type='password' name='password'><br>");
            printf("<input type='submit' value='登录'>");
            printf("</form>");
            printf("</body>");
            printf("</html>");
        }
    }
    return 0;
}

配合 Nginx 配置，将 /login 路径转发至 FastCGI 进程：

server {
    listen 80;
    server_name localhost;

    location / {
        root html;
        index index.html;
    }

    location /login {
        fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;
        fastcgi_index index.cgi;
        include fastcgi_params;
    }
}

六、结语

从 CGI 到 FastCGI 再到 Nginx 模块，C 语言在 Web 开发中的角色经历了从简单网关到高性能核心的演变。掌握这些技术不仅能提升对网络编程的理解，也为后续学习更复杂的后端架构打下坚实基础。建议在实际项目中多尝试调试内存问题，并关注并发场景下的资源竞争情况。