Python 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

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")
print ()                             # 空行，告诉服务器结束头部
print ('<html>')
print ('<head>')
print ('<meta charset="utf-8">')
print ('<title>Hello Word - 我的第一个 CGI 程序！</title>')
print ('</head>')
print ('<body>')
print ('<h2>Hello Word! 我是来自代码学院的第一CGI程序</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

以上程序在浏览器访问显示结果如下：

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。

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")
print ()
print ("<meta charset=\"utf-8\">")
print ("<b>环境变量</b><br>")
print ("<ul>")
for key in os.environ.keys():
    print ("<li><span style='color:green'>%30s </span> : %s </li>" % (key,os.environ[key]))
print ("</ul>")

将以上点保存为 test.py ,并修改文件权限为 755，执行结果如下：

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/test.py?name=代码学院&url=

以下为hello_get.py文件的代码：

#!/usr/bin/python3

# CGI处理模块
import cgi, cgitb 

# 创建 FieldStorage 的实例化
form = cgi.FieldStorage() 

# 获取数据
site_name = form.getvalue('name')
site_url  = form.getvalue('url')

print ("Content-type:text/html")
print ()
print ("<html>")
print ("<head>")
print ("<meta charset=\"utf-8\">")
print ("<title>代码学院 CGI 测试实例</title>")
print ("</head>")
print ("<body>")
print ("<h2>%s官网：%s</h2>" % (site_name, site_url))
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

浏览器请求输出结果：

简单的表单实例：GET方法

以下是一个通过HTML的表单使用GET方法向服务器发送两个数据，提交的服务器脚本同样是hello_get.py文件，hello_get.html 代码如下：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>代码学院(codexy.cn)</title>
</head>
<body>
<form action="/cgi-bin/hello_get.py" method="get">
站点名称: <input type="text" name="name">  <br />

站点 URL: <input type="text" name="url" />
<input type="submit" value="提交" />
</form>
</body>
</html>

默认情况下 cgi-bin 目录只能存放脚本文件，我们将 hello_get.html 存储在 test 目录下，修改文件权限为 755：

chmod 755 hello_get.html

Gif 演示如下所示：

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

# CGI处理模块
import cgi, cgitb 

# 创建 FieldStorage 的实例化
form = cgi.FieldStorage() 

# 获取数据
site_name = form.getvalue('name')
site_url  = form.getvalue('url')

print ("Content-type:text/html")
print ()
print ("<html>")
print ("<head>")
print ("<meta charset=\"utf-8\">")
print ("<title>代码学院 CGI 测试实例</title>")
print ("</head>")
print ("<body>")
print ("<h2>%s官网：%s</h2>" % (site_name, site_url))
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:

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>代码学院(codexy.cn)</title>
</head>
<body>
<form action="/cgi-bin/hello_get.py" method="post">
站点名称: <input type="text" name="name">  <br />

站点 URL: <input type="text" name="url" />
<input type="submit" value="提交" />
</form>
</body>
</html>
</form>

Gif 演示如下所示：

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：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>代码学院(codexy.cn)</title>
</head>
<body>
<form action="/cgi-bin/checkbox.py" method="POST" target="_blank">
<input type="checkbox" name="codexy" value="on" /> 代码学院
<input type="checkbox" name="google" value="on" /> Google
<input type="submit" value="选择站点" />
</form>
</body>
</html>

以下为 checkbox.py 文件的代码：

#!/usr/bin/python3

# 引入 CGI 处理模块 
import cgi, cgitb 

# 创建 FieldStorage的实例 
form = cgi.FieldStorage() 

# 接收字段数据
if form.getvalue('google'):
   google_flag = "是"
else:
   google_flag = "否"

if form.getvalue('codexy'):
   codexy_flag = "是"
else:
   codexy_flag = "否"

print ("Content-type:text/html")
print ()
print ("<html>")
print ("<head>")
print ("<meta charset=\"utf-8\">")
print ("<title>代码学院 CGI 测试实例</title>")
print ("</head>")
print ("<body>")
print ("<h2> 代码学院是否选择了 : %s</h2>" % codexy_flag)
print ("<h2> Google 是否选择了 : %s</h2>" % google_flag)
print ("</body>")
print ("</html>")

修改 checkbox.py 权限：

chmod 755 checkbox.py

浏览器访问 Gif 演示图：

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：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>代码学院(codexy.cn)</title>
</head>
<body>
<form action="/cgi-bin/radiobutton.py" method="post" target="_blank">
<input type="radio" name="site" value="codexy" /> 代码学院
<input type="radio" name="site" value="google" /> Google
<input type="submit" value="提交" />
</form>
</body>
</html>

radiobutton.py 脚本代码如下：

#!/usr/bin/python3

# 引入 CGI 处理模块 
import cgi, cgitb 

# 创建 FieldStorage的实例 
form = cgi.FieldStorage() 

# 接收字段数据
if form.getvalue('site'):
   site = form.getvalue('site')
else:
   site = "提交数据为空"

print ("Content-type:text/html")
print ()
print ("<html>")
print ("<head>")
print ("<meta charset=\"utf-8\">")
print ("<title>代码学院 CGI 测试实例</title>")
print ("</head>")
print ("<body>")
print ("<h2> 选中的网站是 %s</h2>" % site)
print ("</body>")
print ("</html>")

修改 radiobutton.py 权限：

chmod 755 radiobutton.py

浏览器访问 Gif 演示图：

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：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>代码学院(codexy.cn)</title>
</head>
<body>
<form action="/cgi-bin/textarea.py" method="post" target="_blank">
<textarea name="textcontent" cols="40" rows="4">
在这里输入内容...
</textarea>
<input type="submit" value="提交" />
</form>
</body>
</html>

textarea.py 脚本代码如下：

#!/usr/bin/python3

# 引入 CGI 处理模块 
import cgi, cgitb 

# 创建 FieldStorage的实例 
form = cgi.FieldStorage() 

# 接收字段数据
if form.getvalue('textcontent'):
   text_content = form.getvalue('textcontent')
else:
   text_content = "没有内容"

print ("Content-type:text/html")
print ()
print ("<html>")
print ("<head>")
print ("<meta charset=\"utf-8\">")
print ("<title>代码学院 CGI 测试实例</title>")
print ("</head>")
print ("<body>")
print ("<h2> 输入的内容是：%s</h2>" % text_content)
print ("</body>")
print ("</html>")

修改 textarea.py 权限：

chmod 755 textarea.py

浏览器访问 Gif 演示图：

通过CGI程序传递下拉数据。

HTML 下拉框代码如下：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>代码学院(codexy.cn)</title>
</head>
<body>
<form action="/cgi-bin/dropdown.py" method="post" target="_blank">
<select name="dropdown">
<option value="codexy" selected>代码学院</option>
<option value="google">Google</option>
</select>
<input type="submit" value="提交"/>
</form>
</body>
</html>

dropdown.py 脚本代码如下所示：

#!/usr/bin/python3

# 引入 CGI 处理模块 
import cgi, cgitb 

# 创建 FieldStorage的实例 
form = cgi.FieldStorage() 

# 接收字段数据
if form.getvalue('dropdown'):
   dropdown_value = form.getvalue('dropdown')
else:
   dropdown_value = "没有内容"

print ("Content-type:text/html")
print ()
print ("<html>")
print ("<head>")
print ("<meta charset=\"utf-8\">")
print ("<title>代码学院 CGI 测试实例</title>")
print ("</head>")
print ("<body>")
print ("<h2> 选中的选项是：%s</h2>" % dropdown_value)
print ("</body>")
print ("</html>")

修改 dropdown.py 权限：

chmod 755 dropdown.py

浏览器访问 Gif 演示图：

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.codexy.cn"
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 ('Content-Type: text/html')
print ('Set-Cookie: name="代码学院";expires=Wed, 28 Aug 2016 18:30:00 GMT')
print ()
print ("""
<html>
  <head>
    <meta charset="utf-8">
    <title>代码学院(codexy.cn)</title>
  </head>
    <body>
        <h1>Cookie set OK!</h1>
    </body>
</html>
""")

将以上代码保存到 cookie_set.py，并修改 cookie_set.py 权限：

chmod 755 cookie_set.py

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/python3

# 导入模块
import os
import http.cookies

print ("Content-type: text/html")
print ()

print ("""
<html>
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>代码学院(codexy.cn)</title>
</head>
<body>
<h1>读取cookie信息</h1>
""")

if 'HTTP_COOKIE' in os.environ:
    cookie_string=os.environ.get('HTTP_COOKIE')
    c=Cookie.SimpleCookie()
    c.load(cookie_string)

    try:
        data=c['name'].value
        print ("cookie data: "+data+"<br>")
    except KeyError:
        print ("cookie 没有设置或者已过去<br>")
print ("""
</body>
</html>
""")

将以上代码保存到 cookie_get.py，并修改 cookie_get.py 权限：

chmod 755 cookie_get.py

以上 cookie 设置颜色 Gif 如下所示：

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：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>代码学院(codexy.cn)</title>
</head>
<body>
 <form enctype="multipart/form-data" 
                     action="/cgi-bin/save_file.py" method="post">
   <p>选中文件: <input type="file" name="filename" /></p>
   <p><input type="submit" value="上传" /></p>
   </form>
</body>
</html>

save_file.py脚本文件代码如下：

#!/usr/bin/python3

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

form = cgi.FieldStorage()

# 获取文件名
fileitem = form['filename']

# 检测文件是否上传
if fileitem.filename:
   # 设置文件路径 
   fn = os.path.basename(fileitem.filename)
   open('/tmp/' + fn, 'wb').write(fileitem.file.read())

   message = '文件 "' + fn + '" 上传成功'
   
else:
   message = '文件没有上传'
   
print ("""\
Content-Type: text/html\n
<html>
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>代码学院(codexy.cn)</title>
</head>
<body>
   <p>%s</p>
</body>
</html>
""" % (message,))

将以上代码保存到 save_file.py，并修改 save_file.py 权限：

chmod 755 save_file.py

以上 cookie 设置颜色 Gif 如下所示：

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/python3

# HTTP 头部
print ("Content-Disposition: attachment; filename=\"foo.txt\"")
print ()
# 打开文件
fo = open("foo.txt", "rb")

str = fo.read();
print (str)

# 关闭文件
fo.close()