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Python 3 CGI编程

什么是 CGI

CGI 目前由 NCSA 维护，NCSA 定义 CGI 如下：

CGI(Common Gateway Interface)，通用网关接口，它是一段程序，运行在服务器上如：HTTP 服务器，提供同客户端 HTML 页面的接口。

网页浏览

为了更好的了解 CGI 是如何工作的，我们可以从在网页上点击一个链接或 URL 的流程：

  1. 使用你的浏览器访问 URL 并连接到 HTTP web 服务器。
  2. Web 服务器接收到请求信息后会解析 URL，并查找访问的文件在服务器上是否存在，如果存在返回文件的内容，否则返回错误信息。
  3. 浏览器从服务器上接收信息，并显示接收的文件或者错误信息。

CGI 程序可以是 Python 脚本，PERL 脚本，SHELL 脚本，C 或者 C++ 程序等。

CGI架构图

cgi架构图

Web 服务器支持及配置

在你进行 CGI 编程前，确保您的 Web 服务器支持 CGI 及已经配置了 CGI 的处理程序。

Apache 支持 CGI 配置：

设置好CGI目录：

ScriptAlias /cgi-bin/ /var/www/cgi-bin/

所有的HTTP服务器执行 CGI 程序都保存在一个预先配置的目录。这个目录被称为 CGI 目录，并按照惯例，它被命名为 /var/www/cgi-bin 目录。

CGI 文件的扩展名为 .cgi，python 也可以使用 .py 扩展名。

默认情况下，Linux 服务器配置运行的 cgi-bin 目录中为 /var/www。

如果你想指定其他运行 CGI 脚本的目录，可以修改 httpd.conf 配置文件，如下所示：

<Directory "/var/www/cgi-bin">
   AllowOverride None
   Options +ExecCGI
   Order allow,deny
   Allow from all
</Directory>

在 AddHandler 中添加 .py 后缀，这样我们就可以访问 .py 结尾的 python 脚本文件：

AddHandler cgi-script .cgi .pl .py

第一个CGI程序

我们使用 Python 创建第一个 CGI 程序，文件名为 hello.py，文件位于 /var/www/cgi-bin 目录中，内容如下：

#!/usr/bin/python3

print ("Content-type:text/html\r\n\r\n")
print ('<html>')
print ('<head>')
print ('<title>Hello World - First CGI Program</title>')
print ('</head>')
print ('<body>')
print ('<h2>Hello World! This is my first CGI program</h2>')
print ('</body>')
print ('</html>')

文件保存后修改 hello.py，修改文件权限为 755：

$ chmod 755 hello.py

注意- 脚本中的第一行必须是 Python 可执行文件的路径。在 Linux 中它应该是 #!/usr/bin/python3

在浏览器中输入以下网址

http://localhost:8080/cgi-bin/hello.py

显示结果如下

Hello World! This is my first CGI program

这个的hello.py脚本是一个简单的Python脚本，脚本第一行的输出内容"Content-type:text/html"发送到浏览器并告知浏览器显示的内容类型为"text/html"。

用 print 输出一个空行用于告诉服务器结束头部信息。

现在你应该已经了解了 CGI 的基本概念，并且可以使用 Python 编写许多复杂的 CGI 程序。该脚本还可以与任何其他外部系统交互以交换信息，例如 RDBMS。

HTTP头部

hello.py文件内容中的" Content-type:text/html"即为HTTP头部的一部分，它会发送给浏览器告诉浏览器文件的内容类型。

HTTP头部的格式如下：

HTTP 字段名: 字段内容

例如：

Content-type: text/html

以下表格介绍了CGI程序中HTTP头部经常使用的信息：

头 描述
Content-type: 请求的与实体对应的MIME信息。例如: Content-type:text/html
Expires: Date 响应过期的日期和时间
Location: URL 用来重定向接收方到非请求URL的位置来完成请求或标识新的资源
Last-modified: Date 请求资源的最后修改时间
Content-length: N 请求的内容长度
Set-Cookie: String 设置Http Cookie

CGI环境变量

所有的CGI程序都接收以下的环境变量，这些变量在CGI程序中发挥了重要的作用：

变量名 描述
CONTENT_TYPE 这个环境变量的值指示所传递来的信息的MIME类型。目前，环境变量CONTENT_TYPE一般都是：application/x-www-form-urlencoded,他表示数据来自于HTML表单。
CONTENT_LENGTH 如果服务器与CGI程序信息的传递方式是POST，这个环境变量即使从标准输入STDIN中可以读到的有效数据的字节数。这个环境变量在读取所输入的数据时必须使用。
HTTP_COOKIE 客户机内的 COOKIE 内容。
HTTP_USER_AGENT 提供包含了版本数或其他专有数据的客户浏览器信息。
PATH_INFO 这个环境变量的值表示紧接在CGI程序名之后的其他路径信息。它常常作为CGI程序的参数出现。
QUERY_STRING 如果服务器与CGI程序信息的传递方式是GET，这个环境变量的值即使所传递的信息。这个信息经跟在CGI程序名的后面，两者中间用一个问号'?'分隔。
REMOTE_ADDR 这个环境变量的值是发送请求的客户机的IP地址，例如上面的192.168.1.67。这个值总是存在的。而且它是Web客户机需要提供给Web服务器的唯一标识，可以在CGI程序中用它来区分不同的Web客户机。
REMOTE_HOST 这个环境变量的值包含发送CGI请求的客户机的主机名。如果不支持你想查询，则无需定义此环境变量。
REQUEST_METHOD 提供脚本被调用的方法。对于使用 HTTP/1.0 协议的脚本，仅 GET 和 POST 有意义。
SCRIPT_FILENAME CGI脚本的完整路径
SCRIPT_NAME CGI脚本的的名称
SERVER_NAME 这是你的 WEB 服务器的主机名、别名或IP地址。
SERVER_SOFTWARE 这个环境变量的值包含了调用CGI程序的HTTP服务器的名称和版本号。例如，上面的值为Apache/2.2.14(Unix)

以下是一个简单的CGI脚本输出CGI的环境变量：

#!/usr/bin/python3

import os

print ("Content-type: text/html\r\n\r\n";)
print ("<font size=+1>Environment</font><\br>";)
for param in os.environ.keys():
   print ("<b>%20s</b>: %s<\br>" % (param, os.environ[param]))

GET和POST方法

浏览器客户端通过两种方法向服务器传递信息，这两种方法就是 GET 方法和 POST 方法。

使用GET方法传输数据

GET方法发送编码后的用户信息到服务端，数据信息包含在请求页面的URL上，以"?"号分割, 如下所示：

http://www.test.com/cgi-bin/hello.py?key1=value1&key2=value2

有关 GET 请求的其他一些注释：

  • GET 请求可被缓存
  • GET 请求保留在浏览器历史记录中
  • GET 请求可被收藏为书签
  • GET 请求不应在处理敏感数据时使用
  • GET 请求有长度限制
  • GET 请求只应当用于取回数据

简单的url实例：GET方法

以下是一个简单的URL，使用GET方法向hello_get.py程序发送两个参数：

/cgi-bin/hello_get.py?web_name=迹忆客&tutorial=Python

以下为hello_get.py文件的代码：

#!/usr/bin/python3

# Import modules for CGI handling 
import cgi, cgitb 

# Create instance of FieldStorage 
form = cgi.FieldStorage() 

# Get data from fields
web_name = form.getvalue('web_name')
tutorial  = form.getvalue('tutorial')

print ("Content-type:text/html\r\n\r\n")
print ("<html>")
print ("<head>")
print ("<title>Hello - Second CGI Program</title>")
print ("</head>")
print ("<body>")
print ("<h2>Hello %s %s</h2>" % (web_name, tutorial))
print ("</body>")
print ("</html>")

文件保存后修改 hello_get.py，修改文件权限为 755：

$ chmod 755 hello_get.py

请求结果显示如下

Hello 迹忆客 Python

使用POST方法传递数据

使用POST方法向服务器传递数据是更安全可靠的，像一些敏感信息如用户密码等需要使用POST传输数据。

以下同样是hello_get.py ，它也可以处理浏览器提交的POST表单数据:

#!/usr/bin/python3

# Import modules for CGI handling 
import cgi, cgitb 

# Create instance of FieldStorage 
form = cgi.FieldStorage() 

# Get data from fields
web_name = form.getvalue('web_name')
tutorial  = form.getvalue('tutorial')

print ("Content-type:text/html\r\n\r\n")
print ("<html>")
print ("<head>")
print ("<title>Hello - Second CGI Program</title>")
print ("</head>")
print ("<body>")
print ("<h2>Hello %s %s</h2>" % (web_name, tutorial))
print ("</body>")
print ("</html>")

以下为表单通过POST方法（method="post"）向服务器脚本 hello_get.py 提交数据:

<form action = "/cgi-bin/hello_get.py" method = "post">
网站名称: <input type = "text" name = "web_name"><br />
教程: <input type = "text" name = "tutorial" />

<input type = "submit" value = "Submit" />
</form>

通过CGI程序传递checkbox数据

checkbox用于提交一个或者多个选项数据，HTML代码如下：

<form action = "/cgi-bin/checkbox.cgi" method = "POST" target = "_blank">
<input type = "checkbox" name = "maths" value = "on" /> Maths
<input type = "checkbox" name = "physics" value = "on" /> Physics
<input type = "submit" value = "Select Subject" />
</form>

以下为 checkbox.py 文件的代码：

#!/usr/bin/python3

# Import modules for CGI handling 
import cgi, cgitb 

# Create instance of FieldStorage 
form = cgi.FieldStorage() 

# Get data from fields
if form.getvalue('maths'):
   math_flag = "ON"
else:
   math_flag = "OFF"

if form.getvalue('physics'):
   physics_flag = "ON"
else:
   physics_flag = "OFF"

print ("Content-type:text/html\r\n\r\n")
print ("<html>")
print ("<head>")
print ("<title>Checkbox - Third CGI Program</title>")
print ("</head>")
print ("<body>")
print ("<h2> CheckBox Maths is : %s</h2>" % math_flag)
print ("<h2> CheckBox Physics is : %s</h2>" % physics_flag)
print ("</body>")
print ("</html>")

通过CGI程序传递Radio数据

Radio 只向服务器传递一个数据，HTML代码如下：

<form action = "/cgi-bin/radiobutton.py" method = "post" target = "_blank">
<input type = "radio" name = "subject" value = "maths" /> Maths
<input type = "radio" name = "subject" value = "physics" /> Physics
<input type = "submit" value = "Select Subject" />
</form>

radiobutton.py 脚本代码如下：

#!/usr/bin/python3

# Import modules for CGI handling 
import cgi, cgitb 

# Create instance of FieldStorage 
form = cgi.FieldStorage() 

# Get data from fields
if form.getvalue('subject'):
   subject = form.getvalue('subject')
else:
   subject = "Not set"

print ("Content-type:text/html\r\n\r\n")
print ("<html>")
print ("<head>")
print ("<title>Radio - Fourth CGI Program</title>")
print ("</head>")
print ("<body>")
print ("<h2> Selected Subject is %s</h2>" % subject)
print ("</body>")
print ("</html>")

通过CGI程序传递 Textarea 数据

Textarea 向服务器传递多行数据，HTML代码如下：

<form action = "/cgi-bin/textarea.py" method = "post" target = "_blank">
<textarea name = "textcontent" cols = "40" rows = "4">
Type your text here...
</textarea>
<input type = "submit" value = "Submit" />
</form>

textarea.py 脚本代码如下：

#!/usr/bin/python3

# Import modules for CGI handling 
import cgi, cgitb 

# Create instance of FieldStorage 
form = cgi.FieldStorage() 

# Get data from fields
if form.getvalue('textcontent'):
   text_content = form.getvalue('textcontent')
else:
   text_content = "Not entered"

print ("Content-type:text/html\r\n\r\n")
print ("<html>")
print ("<head>";)
print ("<title>Text Area - Fifth CGI Program</title>")
print ("</head>")
print ("<body>")
print ("<h2> Entered Text Content is %s</h2>" % text_content)
print ("</body>")

通过CGI程序传递下拉数据。

HTML 下拉框代码如下：

<form action = "/cgi-bin/dropdown.py" method = "post" target = "_blank">
<select name = "dropdown">
<option value = "Maths" selected>Maths</option>
<option value = "Physics">Physics</option>
</select>
<input type = "submit" value = "Submit"/>
</form>

dropdown.py 脚本代码如下所示：

#!/usr/bin/python3

# Import modules for CGI handling 
import cgi, cgitb 

# Create instance of FieldStorage 
form = cgi.FieldStorage() 

# Get data from fields
if form.getvalue('dropdown'):
   subject = form.getvalue('dropdown')
else:
   subject = "Not entered"

print ("Content-type:text/html\r\n\r\n")
print ("<html>")
print ("<head>")
print ("<title>Dropdown Box - Sixth CGI Program</title>")
print ("</head>")
print ("<body>")
print ("<h2> Selected Subject is %s</h2>" % subject)
print ("</body>")
print ("</html>")

CGI中使用Cookie

在 http 协议一个很大的缺点就是不对用户身份的进行判断，这样给编程人员带来很大的不便， 而 cookie 功能的出现弥补了这个不足。

cookie 就是在客户访问脚本的同时，通过客户的浏览器，在客户硬盘上写入纪录数据 ，当下次客户访问脚本时取回数据信息，从而达到身份判别的功能，cookie 常用在身份校验中。

　

cookie的语法

http cookie的发送是通过http头部来实现的，他早于文件的传递，头部set-cookie的语法如下：

Set-cookie:name=name;expires=date;path=path;domain=domain;secure
  • name=name: 需要设置cookie的值(name不能使用";"和","号),有多个name值时用 ";" 分隔，例如：name1=name1;name2=name2;name3=name3。
  • expires=date: cookie的有效期限,格式： expires="Wdy,DD-Mon-YYYY HH:MM:SS"
  • path=path: 设置cookie支持的路径,如果path是一个路径，则cookie对这个目录下的所有文件及子目录生效，例如： path="/cgi-bin/"，如果path是一个文件，则cookie指对这个文件生效，例如：path="/cgi-bin/cookie.cgi"。
  • domain=domain: 对cookie生效的域名，例如：domain="www.jiyik.com"
  • secure: 如果给出此标志，表示cookie只能通过SSL协议的https服务器来传递。
  • cookie的接收是通过设置环境变量HTTP_COOKIE来实现的，CGI程序可以通过检索该变量获取cookie信息。

Cookie设置

Cookie的设置非常简单，cookie会在http头部单独发送。以下实例在cookie中设置了name 和 expires：

#!/usr/bin/python3

print ("Set-Cookie:UserID = XYZ;\r\n")
print ("Set-Cookie:Password = XYZ123;\r\n")
print ("Set-Cookie:Expires = Tuesday, 31-Dec-2015 23:12:40 GMT";\r\n")
print ("Set-Cookie:Domain = www.jiyik.com;\r\n")
print ("Set-Cookie:Path = /perl;\n")
print ("Content-type:text/html\r\n\r\n")
...........Rest of the HTML Content....

以上实例使用了 Set-Cookie 头信息来设置Cookie信息，可选项中设置了Cookie的其他属性，如过期时间Expires，域名Domain，路径Path。这些信息设置在 "Content-type:text/html"之前。

检索Cookie信息

Cookie信息检索页非常简单，Cookie信息存储在CGI的环境变量HTTP_COOKIE中，存储格式如下：

key1=value1;key2=value2;key3=value3....

以下是一个简单的CGI检索cookie信息的程序：

#!/usr/bin/python

# Import modules for CGI handling 
from os import environ
import cgi, cgitb

if environ.has_key('HTTP_COOKIE'):
   for cookie in map(strip, split(environ['HTTP_COOKIE'], ';')):
      (key, value ) = split(cookie, '=');
      if key == "UserID":
         user_id = value

      if key == "Password":
         password = value

print ("User ID  = %s" % user_id)
print ("Password = %s" % password)

这为上述脚本设置的 cookie 产生以下结果

User ID = XYZ
Password = XYZ123

文件上传实例

HTML设置上传文件的表单需要设置 enctype 属性为 multipart/form-data，代码如下所示：

<html>
<body>
   <form enctype = "multipart/form-data" 
                     action = "save_file.py" method = "post">
   <p>File: <input type = "file" name = "filename" /></p>
   <p><input type = "submit" value = "Upload" /></p>
   </form>
</body>
</html>

save_file.py脚本文件代码如下：

#!/usr/bin/python

import cgi, os
import cgitb; cgitb.enable()

form = cgi.FieldStorage()

# Get filename here.
fileitem = form['filename']

# Test if the file was uploaded
if fileitem.filename:
   # strip leading path from file name to avoid 
   # directory traversal attacks
   fn = os.path.basename(fileitem.filename)
   open('/tmp/' + fn, 'wb').write(fileitem.file.read())

   message = 'The file "' + fn + '" was uploaded successfully'
   
else:
   message = 'No file was uploaded'
   
print ("""\
Content-Type: text/html\n
<html>
<body>
   <p>%s</p>
</body>
</html>
""" % (message,))

如果你使用的系统是Unix/Linux，你必须替换文件分隔符，在window下只需要使用open()语句即可：

fn = os.path.basename(fileitem.filename.replace("\\", "/" ))

文件下载对话框

我们先在当前目录下创建 foo.txt 文件，用于程序的下载。

文件下载通过设置HTTP头信息来实现，功能代码如下：

#!/usr/bin/python

# HTTP Header
print ("Content-Type:application/octet-stream; name = \"FileName\"\r\n";)
print ("Content-Disposition: attachment; filename = \"FileName\"\r\n\n";)

# Actual File Content will go here.
fo = open("foo.txt", "rb")

str = fo.read();
print str

# Close opend file
fo.close()

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