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CGI(Common Gateway Interface)

서버 사이드에서 사용자의 프로그램을 동작하도록 하기 위한 프로토콜

CGI는 웹 서버에서 동적인 클라이언트의 요구에 응답하기 위해 만들어졌다.

CGI의 역할 및 흐름

• 보통의 경우 클라이언트가 HTTP요청을 했을 때 웹 서버에서는 요청이 백엔드 서버까지 들어가서 프로그램을 실행해야 하는지, 정적인 콘텐츠(html, css, js, image 등)만을 Response할지를 정함
• 로직 처리 프로그램에 넘겨야 한다면 서버에서 CGI프로토콜로 HTTP요청을 변환하여 백엔드 서버로 넘김
• 백엔드 서버에서 요청을 처리 후 CGI프로토콜로 서버에 Response 반환
• 상당히 많은 언어가 이러한 프로토콜(FastCGI API)을 지원 ( 파이썬, PHP, JAVA, Node.js 등 )

FastCGI

기존 CGI의 변형된 버전으로 주요 목적은 웹 서버와 CGI 프로그램 간 통신 시 발생되는 부하를 줄이며, 더 많은 요청을 관리할 수 있게 하는 것이다.

FastCGI 특징

• 여러 웹 서버들이 FastCGI를 구현하며, 다양한 언어로 만들어진 프로그램을 api호출할 수 있다
• Nginx같은 웹 서버들은 이 FastCGI통신을 하기 위해 게이트웨이 역할(프로토콜 변환)을 포함한다.

WebServer와의 상관관계

아래의 자료와 함께 Nginx Web Server를 예시로 설명을 하자면

1. 클라이언트가 웹 서버에 보내는 HTTP 또는 HTTPS 요청
2. Nginx에서 HTTPS요청이였다면 HTTP로 변환 후 FastCGI프로토콜로 다시 담아 FastCGI API를 지원하는 언어에 요청
3. 애플리케이션 프로그램은 요청된 로직을 처리 후 FastCGI 프로토콜로 Nginx측에 반환
4. Nginx는 응답받은 FastCGI 데이터를 HTTPS였다면 HTTPS로, HTTP였다면 HTTP로 반환
5. 통신 종료

정리

• 위에서 Nginx는 WS의 정적 페이지 반환, 게이트웨이 역할, FastCGI API와 연계하며 WAS의 역할을 모두 수행
• CGI, FastCGI는 웹 서버에서 사용 언어의 제약없이 통신에 활용할 수 있는 프로토콜
• 현 시점에서는 CGI가 아닌 FastCGI로 동적 데이터 처리를 주로 하고있음

출처 : https://ko.wikipedia.org/wiki/FastCGI

WebServer

웹 서버의 주요 기능

• 정적 콘텐츠 제공
  • HTML, CSS, JavaScript, 이미지파일 등과 같은 정적 파일을 클라이언트에게 제공하는 역할
  • 클라이언트가 URL을 통해 요청한 파일을 디스크에서 찾아 클라이언트에게 반환
• HTTP 요청 처리
  • 웹 서버는 클라이언트로부터 HTTP 요청을 받고 이에 대한 HTTP 응답을 반환
  • GET, POST, PUT, DELETE등 HTTP메서드를 처리
• 로드 밸런싱
  • 웹 서버는 여러 대의 서버에 요청을 분산시켜 처리 성능을 향상시키고 서버 과부하를 방지
• SSL/TLS 암호화
  • 웹 서버는 HTTPS를 통해 클라이언트와의 통신을 암호화하여 데이터의 기밀성과 무결성을 보호

Apach (1995)

• 기본적으로는 요청을 받기위한 프로세스가 생성되어있고, 프로세스를 미리 만들어두는 Prefork 방식을 사용.
• 새로운 요청이 들어올 때 미리 만들어 둔 프로세스를 가져다 사용하는 방식
• 만들어진 프로세스를 모두 사용하고 있다면 추가 프로세스를 만들어 할당
• 첫 도입 때부터 이용자가 상당히 많았지만 절대적인 컴퓨터를 사용하는 유저가 적어 프로세스 생성 형식이 문제가 없었지만, 컴퓨터의 보급이 많이 이뤄진 후에는 그만큼 많은 요청이 들어왔고 결국 C10K (Connection 10,000) 의 문제가 발생
• 많은 프로세스로 메모리 부족현상 발생

Nginx

• 트래픽이 많은 웹사이트의 WAS를 돕는 비동기 이벤트 기반 경량화 웹 서버
• WS의 역할만을 위해 활용되기도 하고, Reverse Proxy Server로 활용해 WAS의 부하를 줄일 수 있는 로드밸런서 역할도 가능
  • Reverse Proxy Server : 클라이언트가 리버스 프록시 서버에 요청하면 프록시 서버가 배후 서버(실제 응답서버)에서 데이터를 가져오는 형태
• C10K 문제 해결의 핵심은 비동기 이벤트 기반구조
• Nginx의 구조
  • 멀티 프로세스(master process)
    • master process는 서버의 설정, worker process를 관리하며 워커 프로세스의 생성, 관리 작업을 수행
  • 싱글 스레드(worker process)
    • 생성된 worker process에서는 각각 독립적으로 이벤트 루프 동작이 실행하며 루프의 큰 틀은 아래와 같음
      • 이벤트 감시
      • 이벤트 큐에 추가 : 이벤트 발생 시 이벤트 큐에 추가
      • 이벤트 처리 : 이벤트 큐에서 이벤트를 꺼내 non-blocking 비동기적으로 여러 요청을 수행
      • 반복

Nginx는 여러 프로세스를 사용하기 때문에 수 천개의 동시 연결을 처리할 수 있다.