Серверные веб-приложения

Для расширения возможностей клиент-серверного взаимодействия в рамках протокола HTTP помимо создания на клиентской стороне расширений стандартных возможностей, предоставляемых языками разметки и браузерами, можно также разрабатывать на стороне веб-сервера приложения, плагины и сценарии, расширяющие возможности самого веб-сервера.

Плагин (plug - in) - независимо компилируемый программный модуль, динамически подключаемый к основной программе, предназначенный для расширения или использования ее возможностей. Обычно выполняются в виде разделяемых библиотек.

Сценарий ( скрипт, script) - программа, которая автоматизирует некоторую задачу, которую пользователь выполняет вручную, используя интерфейсы программы.

Стандарт CGI

Круг задач, решаемых Web-сервером, ограничен. В основном он сводится к поддержке НТТР-взаимодействия и доставке клиенту Web-документов. Любые "нестандартные" действия реализуются с помощью специальной программы, которая взаимодействует с веб-сервером и клиентом. Это взаимодействие подчиняется определенным правилам.

Основной набор таких правил - стандарт CGI (Common Gateway Interface - интерфейс общего шлюза), который определяет порядок запуска программы на компьютере-сервере, способы передачи программе параметров и доставки результатов ее выполнения клиенту. Программа, написанная по правилам CGI, называется CGI-сценарием (script CGI), хотя это не означает, что на сервере не может выполняться двоичный файл.

Благодаря этому интерфейсу для разработки приложений можно использовать любой язык программирования, который располагает средствами взаимодействия со стандартными устройствами ввода/вывода. Такими возможностями обладают также сценарии для встроенных командных интерпретаторов операционных систем.

Выполнение любой программы (в том числе CGI-сценария) можно условно разделить на пять этапов.

1. Запуск программы.
2. Инициализация и чтение выходных данных.
3. Обработка данных.
4. Вывод результатов выполнения.
5. Завершение программы.

Различия между CGI-сценарием и консольным приложением касаются первого, второго и четвертого этапов выполнения.

Каждый раз, когда веб-сервер получает запрос от клиента, он анализирует содержимое запроса и возвращает соответствующий ответ:

• Если запрос содержит указание на файл, находящийся на жестком диске, то сервер возвращает в составе ответа этот файл ;
• Если запрос содержит указание на программу и необходимые для нее аргументы, то сервер исполняет программу и результат ее работы возвращает клиенту.

CGI определяет:

• каким образом информация о сервере и запросе клиента передается программе в форме аргументов и переменных окружения ;
• каким образом программа может передавать назад дополнительную информацию о результатах (например о типе данных) в форме заголовков ответа сервера.

В подавляющем большинстве случаев запуск CGI-сценария осуществляется щелчком на кнопке Submit, сформированной с помощью дескриптора <input tyре = "submit">, который находится на HTML-странице между <form> и </form>. Не зная назначения атрибутов action и method, невозможно понять, как происходит вызов программы и передача параметров.

Значением атрибута action дескриптора <form> является URL файла, содержащего код CGI-сценария. Так, приведенное ниже выражение означает, что файл с кодом CGI-сценария находится на сервере www.myhp.edu в каталоге cgi-bin в файле script.рl.

<form action="http://www.myhp.edu/cgi-bin/script.pl" method="post">

Как веб-сервер различает, что надо сделать с файлом, на который указывает URL, — передать его содержимое клиенту или запустить файл на выполнение? Существует два способа распознавания файлов, содержащих тексты CGI-сценариев.

• Первый способ заключается в том, что при установке веб-сервера один из каталогов специально выделяется для хранения сценариев. Обычно такой каталог получает имя cgi-bin (или Scripts для веб-сервера IIS). В этом случае, если клиент запрашивает файл из каталога cgi-bin, сервер воспринимает такой запрос как команду на запуск сценария. Файлы из других каталогов интерпретируются как HTML-документы.
• Второй способ использует расширение файла. При настройке сервера указывается, что файлы с определенными расширениями содержат коды сценариев.

Идентификация по расширению используется относительно редко. Чаще всего все сценарии помещаются в cgi-bin, /Scripts или в другой каталог, специально выделенный для их хранения.

Вывод результатов выполнения CGI-сценария осуществляется чрезвычайно просто. Для того чтобы данные были переданы клиенту, достаточно вывести их в стандартный выходной поток. Однако, разрабатывая CGI-сценарий, не следует забывать о том, что он все же отличается от консольной программы и имеет следующие особенности.

Информация, передаваемая клиенту, должна соответствовать протоколу HTTP, т.е. состоять из заголовка и тела ответа. Как правило, получив данные от сценария, сервер самостоятельно добавляет первую строку заголовка.

НТТР/1.0  200  OK

Формирование информационных полей, входящих в состав заголовка, - задача сценария. Чтобы данные, переданные сценарием, были правильно интерпретированы клиентом, необходимо, чтобы в заголовке присутствовало как минимум поле Content-type. За заголовком должна следовать пустая строка. При отсутствии полей заголовка реакция браузера будет непредсказуемой. В подобных случаях браузер обычно пытается отобразить полученную информацию как текстовый файл.

Самый естественный формат для браузера - формат HTML. Результаты работы сценария обычно оформляются в виде веб-страницы, т.е. возвращаемые данные следует дополнить дескрипторами HTML. Таким образом, ответ CGI-сценария клиенту обычно выглядит так:

Content-type: text/html

<html>
<hеаd>
<titlе>ответ сценария</titlе>
</hеаd>
<body>
……………………
</body>
</html>

Обратите внимание на пустую строку после выражения Content-type: text/html. Она обязательно должна присутствовать в ответе, в противном случае клиент воспримет все последующие данные как продолжение заголовка.

После компиляции программы необходимо скопировать исполняемый файл в каталог cgi-bin (или в другой каталог, предназначенный для размещения исполняемых файлов) из которого он может запускаться веб-сервером на выполнение по запросу клиента.

Для вызова данного сценария достаточно включить в веб-страницу следующий фрагмент HTML-кода:

<form method="post" action="/cgi-bin/hello.exe">
<input type="submit"> 
</form>

Если сценарий вызывается из формы, ему передаются те данные, которые пользователь ввел с помощью интерактивных элементов, отображаемых на веб-странице - передача информации CGI-сценарию осуществляется в два этапа: сначала браузер передает данные веб-серверу, затем веб-сервер передает их сценарию.

В большинстве случаев кроме кнопки Submit форма содержит другие интерактивные элементы, каждый из которых имеет имя (атрибут NAME ) и значение (атрибут VALUE, либо последовательность символов, введенная пользователем). Из имен элементов и их значений формируется строка параметров, которая имеет следующий формат.

имя=значение&имя=значение& . . . &имя=значение

Каждый параметр представляет собой имя управляющего элемента и его значение, разделенные знаком равенства, а несколько таких пар объединяют строку с помощью символа " & ". Если в состав имени или значения входит символ " & " или " = ", то подобные символы кодируются последовательность знака процента " % ", за которым следуют две шестнадцатеричные цифры, определяющие код символа. Так, например, последовательностью " %21 " кодируется восклицательный знак " !". Как правило, при передаче параметров трехсимвольными последовательностями заменяются все знаки, кроме латинских букв, цифр и символа пробела (последний заменяется знаком " + ").

Таким образом, перед использованием строки параметров ее надо декодировать. Алгоритм декодирования чрезвычайно прост и включает в себя следующие действия:

• Выделить из строки параметров пары имя = значение.
• Выделить из каждой пары имя и значение.
• В каждом имени и каждом значении заменить символы " + " пробелами.
• Каждую последовательность из символа " % " и двух шестнадцатеричных и преобразовать в ASCII-символ.

Атрибут method дескриптора <form> имеет либо значение " GET ", либо значение " POST ". Значения " GET " и " POST " определяют два различных метода передачи параметров сценарию:

• Если атрибут method имеет значение " GET ", строка параметров передается вместе с URL вызываемого сценария. Разделителем между URL и строкой параметров является символ " ?".
• Если атрибут method имеет значение " POST ", строка параметров передается в теле HTTP-запроса.

Рассмотрим, как должен вести себя CGI-сценарий, чтобы правильно обработать данные в зависимости от метода, использованного при передаче данных, строка параметров доставляется CGI-сценарию различными способами.

Если атрибут METHOD дескриптора <FORM> имел значение " GET ", строка параметр передается серверу в качестве значения переменной окружения QUERY_STRING.

При использовании метода POST данные доставляются сценарию по-другому. Они передаются через стандартный поток ввода (STDIN). Чтобы сценарий смог определить, сколько символов следует читать из стандартного ввода, веб-сервер устанавливает значение переменной окружения CONTENT_LENGTH, равным длине строки параметров.

Получив управление, сценарий в первую очередь должен выяснить, с помощью какого метода выполнялась передача параметров. Эта информация содержится в переменной окружения REQUEST_METHOD.

Таким образом, в простейшем случае, чтобы выполнить обработку строки параметров, достаточно знать назначение трех переменных окружения: REQUEST_METHOD, QUERY_STRING и CONTENT_LENGTH.

Пример сценария на языке Perl, который возвращает клиенту строку параметров, приведен ниже. Сценарий определяет, какой метод использовался для передачи данных, читает строку параметров и передает ее клиенту, предварительно дополнив HTML-дескрипторами.

$method = $ENV{'REQUEST_METHOD'};

if ($method eq "GET")
{ $pars = $ENV{'QUERY_STRING'};   }
else
{ $length =$ENV{'CONTENT_LENGTH'}; }

read (STDIN, $pars, $ length);

print "Content-type: text/html\n\n";
print "<HTML><BODY>\n";
print "<P>METHOD = ", $method;
print "<P>String of parameters: <P>\n";
print $pars;
print "</HTML></BODY>\n";

При разработке более сложных сценариев может потребоваться дополнительная информация. Информация о типах сервера и браузера, адресе клиент-машины и многие другие сведения передаются с помощью переменных окружения. Некоторые из них перечислены ниже

Сценарии

К основным достоинствам разработки приложений на стороне веб-сервера в форме сценариев можно отнести следующие:

• поскольку сценарии не компилируются а интерпретируются, то ошибки в сценарии вызовут только диагностическое сообщение, но не приведут к дестабилизации веб-сервера или операционной системы.
• лучшие выразительные возможности. Язык сценариев как правило имеет собственный проблемно-ориентированный набор команд, и одна строка сценария может делать то же, что несколько десятков строк на традиционном языке. Как следствие, на этом языке может писать программист низкой квалификации.
• Поддержка кроссплатформенности.

Поскольку сценарии интерпретируются из исходного кода динамически при каждом исполнении, они выполняются обычно значительно медленнее готовых программ, транслированных в машинный код на этапе компиляции.

В плане быстродействия сценарные языки можно разделить на:

• Языки динамического разбора (например, command.com). Интерпретатор считывает инструкции из файла программы минимально требующимися блоками, и исполняет эти блоки, не читая дальнейший код.
• Предварительно компилируемые (например Perl). Вначале считывается вся программа, затем компилируется либо в машинный код, либо в один из внутренних форматов, после чего получившийся код исполняется.

В рассмотрим кратко наиболее известные языки разработки сценариев для веб- приложений.