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Python CGI 编程详解
                           
天天向上
发布： 2025-03-15 19:46:09
原创
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CGI（Common Gateway Interface，通用网关接口）是 Web 服务器与外部应用程序通信的标准方式。Python 可以使用 CGI 编写动态 Web 页面，处理用户提交的表单数据等。

1. CGI 概述

CGI（Common Gateway Interface，通用网关接口） 是 Web 服务器与外部程序通信的标准方式。它允许 Web 服务器执行外部程序（如 Python 脚本），并将其输出作为 HTTP 响应返回给浏览器。

1.1 CGI 的作用

  • 处理 表单提交
  • 生成 动态网页
  • 访问数据库并返回 查询结果
  • 读取服务器端数据并 返回 JSON/XML

2. CGI 服务器配置

CGI 脚本通常放在 cgi-bin 目录下，且需要 执行权限。

2.1 配置 Apache 服务器

  1. 启用 CGI 模块
   sudo a2enmod cgi
  1. 修改 Apache 配置
    编辑 /etc/apache2/sites-enabled/000-default.conf：
   <Directory "/usr/lib/cgi-bin">
       Options +ExecCGI
       AddHandler cgi-script .cgi .py
   </Directory>
  1. 重启 Apache
   sudo systemctl restart apache2

2.2 使用 Python 内置 HTTP 服务器

python3 -m http.server --cgi 8000

访问 http://localhost:8000/cgi-bin/test.py 即可执行 CGI 脚本。

3. 编写 Python CGI 脚本

创建 cgi-bin/hello.py：

#!/usr/bin/python3
# -*- coding: utf-8 -*-

print("Content-Type: text/html")  # HTTP 头部
print()  # 空行，分隔头部和内容
print("<html><body><h2>Hello, CGI!</h2></body></html>")

赋予执行权限：

chmod +x cgi-bin/hello.py

浏览器访问：

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

4. 处理 GET 和 POST 请求

4.1 处理 GET 请求

如果访问：

http://localhost/cgi-bin/get.py?name=Tom&age=25

可以读取 URL 参数：

#!/usr/bin/python3
import cgi

print("Content-Type: text/html\n")

form = cgi.FieldStorage()
name = form.getvalue("name", "匿名")
age = form.getvalue("age", "未知")

print(f"<html><body><h2>姓名: {name}, 年龄: {age}</h2></body></html>")

4.2 处理 POST 请求

HTML 表单：

<form action="/cgi-bin/post.py" method="post">
    名字: <input type="text" name="username">
    <input type="submit" value="提交">
</form>

Python 处理：

#!/usr/bin/python3
import cgi

form = cgi.FieldStorage()
username = form.getvalue("username", "游客")

print("Content-Type: text/html\n")
print(f"<h2>你好, {username}!</h2>")

5. 读取 CGI 环境变量

服务器通过环境变量传递信息：

#!/usr/bin/python3
import os

print("Content-Type: text/html\n")
print("<html><body><h2>环境变量</h2><ul>")
for key, value in os.environ.items():
    print(f"<li><b>{key}</b>: {value}</li>")
print("</ul></body></html>")

6. 处理文件上传

HTML 上传表单：

<form action="/cgi-bin/upload.py" method="post" enctype="multipart/form-data">
    <input type="file" name="file">
    <input type="submit" value="上传">
</form>

Python 处理：

#!/usr/bin/python3
import cgi, os

form = cgi.FieldStorage()
file_item = form["file"]

if file_item.filename:
    filename = os.path.basename(file_item.filename)
    with open(f"/tmp/{filename}", "wb") as f:
        f.write(file_item.file.read())

    print("Content-Type: text/html\n")
    print(f"<h2>文件 {filename} 上传成功！</h2>")

7. 使用 Cookie

7.1 设置 Cookie

import http.cookies

cookie = http.cookies.SimpleCookie()
cookie["username"] = "Tom"
cookie["username"]["max-age"] = 3600

print("Content-Type: text/html")
print(cookie)
print()
print("<h2>Cookie 已设置！</h2>")

7.2 读取 Cookie

import os, http.cookies

cookie_string = os.environ.get("HTTP_COOKIE", "")
cookies = http.cookies.SimpleCookie(cookie_string)
username = cookies.get("username")

print("Content-Type: text/html\n")
print(f"<h2>欢迎回来, {username.value if username else '游客'}!</h2>")

8. Session 管理

CGI 不能直接管理 Session，需要手动实现：

import uuid, os

session_id = str(uuid.uuid4())
session_dir = "/tmp/sessions"
os.makedirs(session_dir, exist_ok=True)

with open(f"{session_dir}/{session_id}", "w") as f:
    f.write("user=Tom")

print("Content-Type: text/html")
print(f"Set-Cookie: session_id={session_id}")
print()
print("<h2>Session 创建成功！</h2>")

9. 安全性

  • 避免 XSS：使用 html.escape() 处理用户输入：
  import html
  safe_input = html.escape("<script>alert('XSS')</script>")
  • 避免 SQL 注入：使用参数化查询：
  cursor.execute("SELECT * FROM users WHERE name = %s", (username,))
  • 防止文件上传攻击：
  allowed_types = ["image/png", "image/jpeg"]
  if file_item.type not in allowed_types:
      print("不允许的文件类型")

10. CGI vs. WSGI

特性CGIWSGI
进程管理每个请求新进程运行一个长期进程
性能低高
适用场景小型项目现代 Web 应用

WSGI 推荐使用 Flask 或 Django 代替 CGI。

11. 部署 CGI

  1. 服务器安装 Apache 并启用 cgi
  2. 确保 cgi-bin 目录可执行：
   chmod +x /usr/lib/cgi-bin/
  1. 上传 *.py CGI 脚本，访问 URL。

12. CGI 实战项目：构建一个留言板

为了更好地理解 CGI 编程，我们使用 Python + CGI + SQLite 实现一个简单的 Web 留言板，用户可以提交留言并在页面上显示所有留言。

12.1 项目结构

/var/www/cgi-bin/
│── index.html          # 前端 HTML 页面
│── post_message.py     # 处理留言的 CGI 脚本
│── get_messages.py     # 获取所有留言的 CGI 脚本
│── messages.db         # SQLite 数据库文件

12.2 创建 SQLite 数据库

首先，我们创建一个 SQLite 数据库 messages.db 并添加 messages 表：

#!/usr/bin/python3
import sqlite3

conn = sqlite3.connect("messages.db")
cursor = conn.cursor()

cursor.execute("""
CREATE TABLE IF NOT EXISTS messages (
    id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,
    name TEXT NOT NULL,
    message TEXT NOT NULL
)
""")

conn.commit()
conn.close()
print("数据库初始化完成")

执行该脚本，创建数据库。

12.3 创建留言 HTML 页面

新建 index.html：

<!DOCTYPE html>
<html lang="zh">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>留言板</title>
</head>
<body>
    <h2>留言板</h2>
    <form action="/cgi-bin/post_message.py" method="post">
        <label>姓名: <input type="text" name="name" required></label><br>
        <label>留言: <textarea name="message" required></textarea></label><br>
        <input type="submit" value="提交">
    </form>

    <h3>所有留言</h3>
    <div id="messages"></div>

    <script>
        async function fetchMessages() {
            const response = await fetch('/cgi-bin/get_messages.py');
            document.getElementById('messages').innerHTML = await response.text();
        }
        fetchMessages();
    </script>
</body>
</html>

12.4 处理用户留言

创建 post_message.py 处理留言提交：

#!/usr/bin/python3
# -*- coding: utf-8 -*-
import cgi, sqlite3

print("Content-Type: text/html\n")

# 获取表单数据
form = cgi.FieldStorage()
name = form.getvalue("name", "匿名")
message = form.getvalue("message", "")

if not message:
    print("<h3>留言内容不能为空！</h3>")
    exit()

# 连接数据库
conn = sqlite3.connect("messages.db")
cursor = conn.cursor()

# 插入数据
cursor.execute("INSERT INTO messages (name, message) VALUES (?, ?)", (name, message))
conn.commit()
conn.close()

# 页面跳转
print("<h3>留言提交成功！<a href='/index.html'>返回</a></h3>")

12.5 获取所有留言

创建 get_messages.py：

#!/usr/bin/python3
# -*- coding: utf-8 -*-
import sqlite3

print("Content-Type: text/html\n")

# 连接数据库
conn = sqlite3.connect("messages.db")
cursor = conn.cursor()

# 读取所有留言
cursor.execute("SELECT name, message FROM messages ORDER BY id DESC")
messages = cursor.fetchall()
conn.close()

# 渲染 HTML
if messages:
    for name, message in messages:
        print(f"<p><b>{name}:</b> {message}</p>")
else:
    print("<p>暂无留言</p>")

13. CGI 进阶优化

14.1 优化 CGI 处理性能

CGI 在每次请求时都会创建新进程，影响性能，可使用：

  • FastCGI（nginx + uwsgi）
  • WSGI（Flask、Django）
  • 持久化连接（如 mod_wsgi）

14.2 处理并发请求

CGI 适用于小型应用，但不适合高并发。可使用：

  • Nginx + uWSGI
  • Python Flask/Django

示例 Flask 版本：

from flask import Flask, request, render_template
import sqlite3

app = Flask(__name__)

@app.route('/')
def index():
    return render_template("index.html")

@app.route('/post', methods=['POST'])
def post_message():
    name = request.form.get("name", "匿名")
    message = request.form.get("message", "")
    conn = sqlite3.connect("messages.db")
    cursor = conn.cursor()
    cursor.execute("INSERT INTO messages (name, message) VALUES (?, ?)", (name, message))
    conn.commit()
    conn.close()
    return "留言提交成功"

if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True)

这样就用 Flask 替代了 CGI，提高了性能。

15. CGI 安全防护

15.1 防止 SQL 注入

永远使用 参数化查询：

cursor.execute("INSERT INTO messages (name, message) VALUES (?, ?)", (name, message))

避免：

cursor.execute(f"INSERT INTO messages (name, message) VALUES ('{name}', '{message}')")  # SQL 注入风险

15.2 防止 XSS（跨站脚本攻击）

使用 html.escape() 处理用户输入：

import html
safe_message = html.escape(message)

通过本教程，我们学会了：
✅ CGI 服务器配置
✅ Python CGI 处理 GET/POST
✅ CGI 处理文件上传
✅ CGI 使用 Cookie 和 Session
✅ 构建留言板应用
✅ 安全性防护（SQL 注入 & XSS）

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