Платформы для запуска Perl веб-приложений

Сюда относятся, во-первых, все реализации, предназначенные для встраивания Perl-интерпретатора в тот или иной веб-сервер, а во-вторых, дополнительные протоколы взаимодействия HTTP-сервера с Perl-программами или демонами, такие, как CGI.

CGI, PCGI

Старый добрый Common Gateway Interface (CGI — статья в русскоязычной Википедии), впервые реализованный где-то в районе 1993 года в первом HTTP-сервере NCSA HTTPd 1.0. Идея — максимально простой интерфейс взаимодействия с программой — через переменные окружения, а также стандартные ввод и вывод (STDIN и STDOUT). Веб-сервер при каждом запросе, который нужно обработать CGI приложением, запускает новый процесс (это самое приложение), передавая некоторые заголовки и данные в переменных окружения, а адрес запроса и содержимое (например, загружаемого на сервер файла) через стандартный ввод, после чего читает ответ (заголовки и содержимое) со стандартного вывода приложения.

Плюсы:

1. Универсальность — запуск CGI скриптов поддерживается почти везде.
2. Запуск нового интерпретатора, помимо минуса (1), означает и плюс — свободу от свойственных долгоживущим Perl демонам утечек памяти.

Универсальность CGI в смысле возможности использования произвольного языка программирования для нас ни плюсом, ни минусом, очевидно, не является, так как рассматривается именно Perl.

На этом плюсы заканчиваются и начинаются сплошные минусы:

1. Самый очевидный и повторяемый всеми аки мантра минус — слабая производительность из-за необходимости запуска нового процесса интерпретатора при каждом запросе. Причин две — во-первых, это постоянно создаваемые процессы, которые могут быть совсем не лёгкими — раз, и вообще ограничивать производительность ОС большим числом переключений при большой нагрузке; во-вторых, это постоянные компиляции и инициализации модулей, занимающие приличное время.
2. Второй наиболее неприятный минус — очень неудобный API наиболее стандартного модуля CGI.pm. Например:
   • Нельзя нормально получить хеш со всеми параметрами, так как CGI->Vars работает криво: если в запросе передано несколько значений одного параметра (&a=1&a=2), то в Vars значением этого параметра будет конкатенация всех этих значений (то есть { a => '12' }). Хотя по логике вещей там должен быть массив [ '1', '2' ].
   • CGI->cookie() не дружит с UTF-ными ключами.
   • Следить за своевременным выводом заголовков и текста ответа нужно самому.
   • У различных функцих весьма странные интерфейсы — с ключами, начинающимися на «-» и так далее.
   • В CGI часто даже передаются не все заголовки запроса.
3. Говнокод.
   • На код самого CGI.pm страшно смотреть. В принципе, уже одно отсутствие use strict говорит о раздолбайстве авторов.
   • В районе года 2000-ного авторам вдруг взбрело в голову, что век амперсанда (&) в качестве разделителя параметров в строках запроса подошёл к концу, и что теперь все будут использовать вместо него точку с запятой (;). Соответственно поведение и разбора, и генерации URL изменилось — причём, если в случае с генерацией всё легко возвращается на свои места заданием опции -oldstyle_urls, то разбор URL неизменно разбивает их и по «&», и по «;», что влечёт за собой различные неприятные эффекты.
   • Большинство модулей типа CGI::что-нибудь — дикая древность, исповедующая генерацию HTML кода без использования шаблонизаторов print()'ами, на содержимое которых повлиять без влезания в сами модули невозможно. XXI век на дворе, пора бы прекратить хотя бы это — ан нет, и в 2004, и даже в 2006 годах такие модули появлялись.

PCGI — те же яйца, только в профиль, чуть более аккуратно написанные и с защитой от слишком больших запросов. Все интерфейсные минусы сохраняются.

FastCGI / SCGI

Идея FastCGI — ликвидировать тормоза CGI, сохранив интерфейс. FastCGI-процесс обрабатывает не один запрос, а много — последовательно принимая их в цикле через Unix- или TCP-сокет. Таким образом, FastCGI-процессы, во-первых, могут быть запущены на другом физическом сервере, а во-вторых, становится возможно распределение запросов между несколькими долгоживущими процессами.

SCGI — фактически клон FastCGI, отличия лишь в формате передачи данных, который, как утверждают авторы, проще реализовать, но и возможностей у него меньше — например, STDERR не передаётся обратно HTTP-серверу. Поддерживается чуть менее широко: ngx_scgi_module, Apache, Lighttpd, Cherokee, Mathopd с неофициальным патчем.

Плюсы:

1. Возможность запуска старых CGI-приложений в «ускоренном режиме» практически без дополнительных телодвижений. Хороший пример — awstats, представляющий из себя (внимание!) один CGI-скрипт на всё приложение, весом примерно 550 Кб. Один разбор такого скрипта занимает почти полсекунды… А под FastCGI это делается лишь однажды.
2. Передача в скрипт любых HTTP-заголовков, какие душе угодны.
3. Возможность самостоятельного управления пулом процессов или потоков.
4. Возможность запуска FastCGI-скриптов на серверах, поддерживающих только CGI — в этом случае модуль FCGI обрабатывает 1 запрос и выходит.

Минусы:

1. Склонность к утечкам памяти, особенно в случае использования большого числа устаревшего кода, рассчитанного на «умирание» скрипта после обработки каждого запроса в среде CGI.
2. Взаимодействие по-прежнему ведётся через функции CGI, поэтому «интерфейсные» минусы CGI никуда не исчезают. Специальных обвязок для упрощения взаимодействия с сервером по протоколу FastCGI нет, кроме самой примитивной реализации — модуля FCGI.

mod_perl

mod_perl — модуль HTTP-сервера Apache, предназначенный для разработки модулей Apache на языке Perl. «Модулей» — потому, что API mod_perl’а почти полностью повторяет C’шное API апача. Поэтому же API сильно различается в 1-ой и 2-ой версиях. Хотя какая разница, всё равно про httpd 1.x и mod_perl 1.x уже никто не помнит.

Плюсы:

1. Большая степень гибкости и возможности комбинирования с другими модулями Apache, в частности, засчёт наличия большого числа обработчиков разных стадий запроса. Своим Perl-модулем можно осуществлять не всю обработку запроса, а, например, только авторизацию.
2. Весьма богатый и довольно удобный программный интерфейс, через который с Apache можно делать практически всё, что душа пожелает.
3. Возможность с небольшими телодвижениями запускать CGI-приложения в среде mod_perl с помощью модуля Apache::Registry. Для примера использования доработанного модуля Registry можно посмотреть реализацию mod_perl.pl из Bugzilla.
4. Модуль популярен. Есть множество наработок, многие из которых представляют собой весьма приятные продукты. Хороший пример — профилировщик NYTProf, разработанный именно для профилирования мод_перла.

Минусы:

1. Чрезмерная завязка на внутреннее устройство веб-сервера Apache. На mod_perl’е вы разрабатываете модуль Apache. Приложения, написанные под mod_perl, не запустятся больше нигде.
2. В mod_perl2 для различных функций существует по нескольку где-то конкурирующих, где-то дополняющих друг друга, а где-то сходных по функционалу, но разных по интерфейсу библиотек. Частично это диктуется совместимостью с mod_perl1. Примеры — куки: Apache2::Cookie, APR::Request::Cookie, запрос: Apache2::RequestRec, Apache2::RequestUtil, Apache2::Request, APR::Request. Пока я в первый раз допёр, что для того, чтобы получить в пользование $r->dir_config(), нужно сделать use Apache2::RequestUtil… Это не так страшно, но некоторую путаницу всё-таки вносит.
3. Склонность к утечкам памяти. mod_perl течёт всегда, хоть ты его режь. Более-менее решается MaxRequestsPerChild.
4. Проблемы с перезагрузкой модулей без перезапуска сервера. Apache2::Reload — кривой; перезагрузку можно реализовать ручками (см. https://github.com/vitalif/bugzilla4intranet), но и такой вариант всё равно иногда срывает апачу крышу, он забывает про все константы и валит Internal Server Error до ближайшего рестарта.
5. Большое потребление памяти, ибо Perl сосуществует в одних и тех же процессах с остальными модулями Apache.
6. Если нужно запустить несколько разных приложений или несколько экземпляров одного приложения, mod_perl создаёт проблемы по причине отсутствия изоляции загруженного кода модулей между приложениями. Решается это PerlOptions +Parent (в mod_perl 1.x не решалось), но в этом случае дочерние процессы Apache вырастают до совсем неприличных размеров по причине работы в каждом нескольких Perl-интерпретаторов вместо одного. Пул процессов-то общий.
7. Время от времени в mod_perl всплывают совершенно удивительные и неуловимые глюки, особенно в необычных режимах вроде taint, или при использовании с некоторыми модулями или движками Apache. «Потому что Perl и mod_perl — это как бэ немного разные языки» (c). Например:
   • При использовании mpm_itk, 2-го мод_перла и PerlOptions +Parent (дающей отдельный пул интерпретаторов виртхосту) глобальные переменные в пакетах (как my, так и our) перестают сохранять свои значения между запросами.
   • При включённом taint mode и тоже в отдельном интерпретаторе, в составе Bugzilla проявляется следующий мистический баг:

   На входе строки $oldstr и $newstr, обе не taint’ченные, в $newstr есть запятые, в $oldstr нет. Пишем два идентичных по семантике фрагмента кода:

   • Если написать $oldstr =~ s/[,\s]+/ /g; $newstr =~ s/[,\s]+/ /g;, то $newstr почему-то становится tainted.
   • Если же написать s/[,\s]+/ /g for $oldstr, $newstr;, то обе, как и положено, остаются не tainted.

   Баг воспроизводится только в составе Bugzilla и только под мод_перлом, из контекста выдернуть его не получается.

   • Ещё пример в taint mode из Багзиллы:

   Где-то в глубине души модифицированного модуля Bugzilla::Field::Choice конкатенируются Bugzilla::Product->DB_COLUMNS->[0] и Bugzilla::Product->DB_TABLE. При проверке Scalar::Util::tainted в момент конкатенации сами по себе они оба безгрешны, однако, грех (флаг tainted) зарождается при их конкатенации. Вот и как это понимать? Адам и Ева сами по себе были безгрешны, но соединившись?..

8. Некоторые затрудения в автоматизированных отладке и профилировании приложений в среде mod_perl из-за неочевидности команд запуска. Многие инструменты эта неочевидность «смущает».
9. Отсутствие mod_perl на подавляющем большинстве веб-хостингов. Потому что для админов серверов с кучами хомячков это — головная боль, в многопользовательской среде влекущая проблемы как с безопасностью, так и с надёжностью и производительностью. Всё по причине уже описанных минусов.

   Как вы думаете, почему так широко распространился язык PHP? Именно по причине простоты обслуживания.

ngx_http_perl_module

Идея — вызов Perl-кода из nginx. Скорее мёртв, чем жив.

Ссылка на документацию: http://sysoev.ru/nginx/docs/http/ngx_http_perl_module.html.

Плюсы:

• Возможность вызова Perl-кода из SSI, что делает nginx почти шаблонизатором.
• Простота, благодаря которой количество источников мистических ошибок, а также неуловимых утечек памяти сводится почти к нулю.

Минусы:

• Идея размещения приложения внутри nginx несколько лишает его легковесности. Также появляются некоторые проблемы с масштабируемостью в случае простоев (ожиданий ответов от СУБД и т. п.).
• Жёсткая завязка на использование внутри nginx. Больше нигде приложения, написанные под nginx, не заработают.
• Поразительное качество: невозможно получить список всех HTTP-заголовков, присутствующих в запросе, а можно лишь считывать их по одному. Остаётся только применять патч к src/http/modules/perl/nginx.xs.
• Отсутствие поддержки CGI среды внутри ngx_http_perl_module, наподобие mod_perl апача.

Альтернативой встраиванию интерпретатора в процесс HTTP-сервера является запуск собственного HTTP-сервера, рассчитанного на расположение за обратным прокси (reverse proxy) — mod_proxy Апача, nginx'ом, или Squid'ом — в качестве фронтенда. Так делают, например, Jetty (Java) и Zope (Python). Это работает точно так же, как обработка запросов внутри сервера, только запросы отправляются другому HTTP-серверу.

У такого подхода — использования HTTP вместо встраивания интерпретатора в сервер, или вариаций на тему CGI — есть несколько приятных преимуществ. Фронтенд может балансировать и распределять по нескольким серверам нагрузку одновременно с передачей запроса, причём для этого существует множество готовых качественных инструментов. Работа администраторов упрощается, потому что конфигурация фронтенда для передачи запроса разным приложениям идентична, а сами приложения могут быть запущены под любым системным пользователем, на другом сервере, в jail’е, виртуальной машине, за аппаратным firewall’ом или внутри какой-нибудь другой системы безопасности. При отладке разработчик может взаимодействовать напрямую со своим приложением без необходимости запускать отдельный HTTP-сервер. Потребление памяти сокращается засчёт изоляции каждого придожения в своём наборе процессов.

Кроме того, в этом случае приложение свободно от накладных расходов веб-сервера — для того же mod_perl’а генерация страниц без кэширования (но и без особых изысканий) за 1.5 мс почти «фантастика».

PSGI/Plack

Можно смело сказать, что PSGI/Plack — самый современный и удобный интерфейс для Perl веб-приложений.

PSGI — Perl-реализация питонячьего WSGI. «Низкоуровневый» интерфейс взаимодействия тривиален:

• Приложение = функция.
• На входе 1 хешреф «окружения», в который включаются, во-первых, параметры, аналогичные %ENV в CGI (REQUEST_URI, PATH_INFO и т. п.)…
• …а во-вторых, некоторые PSGI-специфичные ключи, например, «input», содержащий входной поток.
• На выходе массив из 3-х элементов: численный статус ответа, массив заголовков в виде [ Header => Value, Header => Value, … ] и текст ответа.

Однако без дополнительных обёрток такой интерфейс неудобен, поэтому есть Plack, причём имеющий вполне вменяемый интерфейс — например, Plack::Request->parameters возвращает в виде хеша все GET и POST параметры, Plack::Request->cookies — хеш кукисов и т. п. Это — в отличие от модулей типа CGI и PCGI, в которых параметры и куки нужно читать по отдельности через param() и cookie().

Плюсы:

• Грамотный интерфейс без глобальных переменных.
• Совместимость с кучей разных серверов: можно запускать хоть под CGI/FastCGI (с помощью Plack), хоть в Apache (mod_psgi), хоть в uWSGI, хоть в виде standalone демона (Starman, Twiggy, Corona и т.п, полный список на http://plackperl.org). Причём, standalone-реализации по отзывам вполне производительны.

Минусы:

• Разве что отсутствие совместимости со «старыми» приложениями — то есть, нельзя просто обернуть CGI скрипт в функцию и превратить его таким образом в PSGI.
• (Не проверено) возможно, в PSGI серверах отсутствует поддержка перезагрузки модулей.
• В остальном, похоже, всё хорошо.

HTTP::Server::Simple

HTTP::Server::Simple — простая реализация HTTP-сервера на Perl.

Плюсы:

• Интерфейс — CGI. В режиме nph — «Non-Parsed Headers» — то есть на STDOUT нужно выводить просто HTTP-ответ. Это устраняет часть интерфейсных ограничений CGI, сохраняя совместимость с CGI скриптами.
• Можно использовать стандартные модули Net::Server::xx для выбора поведения сервера — например, можно использовать как TCP, как и UNIX сокеты, можно создать prefork (Net::Server::PreFork или Net::Server::PreForkSimple) или мультиплексирующий однопоточный сервер (Net::Server::Multiplex).
• Существует некоторое количество модулей для расширения данного сервера — в частности, для запуска приложений на некоторых фреймворках через HTTP::Server::Simple, например, для Mason. Собственно, есть и вариант для запуска PSGI/Plack приложений.
• Модуль достаточно широко используется при тестировании веб-приложений, в качестве легковесного тестового сервера: Test::HTTP::Server::Simple.

Минусы:

• Интерфейс CGI всё-таки требует по крайней мере выбора нужных модулей для разбора запросов и объединения всего этого функционала в своём приложении.
• Странная реализация parse_request() и parse_headers(), по меньшей мере, вплоть до версии 0.40 (можно полечить переопределением соответствующей функции).
  • Читает из стандартного ввода запрос и заголовки она по 1 символу функцией sysread(), что весьма негативно сказывается на производительности.
  • В качестве разделителя строк, согласно всем стандартам, при обмене данными по сети, должно выступать сочетание CR-LF в платформо-независимом варианте: «\015\012». Тем не менее, функции HTTP::Server::Simple используют просто «\n», что тоже работает, но не является идеально переносимым вариантом.

LWP (HTTP::Daemon)

LWP (libwww-perl) — библиотека для создания как клиентов, так и серверов, полностью совместимых со спецификацией HTTP/1.1, на чистом Perl’е.

В качестве единственной готовой, пусть и исключительно простой, платформы, исповедующей идеологию получения запросов в форме HTTP::Request и ответа HTTP::Response’ами можно рассмотреть HTTP::Server::Brick, построенный на основе HTTP::Daemon.

Плюсы:

• Очень логичная и правильная идея программного интерфейса — HTTP::Request, HTTP::Response, HTTP::Body и т. п. (HTTP::Body, кстати, использует Catalyst)…

Минусы:

• …Увы, оставшаяся без полной реализации.
• Главный минус в том, что LWP в качестве основы HTTP-сервера не использует практически никто. Посему, сколь логичным бы ни выглядел сервер, получающий на вход HTTP::Request и отвечающий HTTP::Response’ами, реально готовых наработок для такого подхода фактически нет. Например, нет ничего похожего на удобный Apache2::Request, с готовыми функциями для доступа к запросу, разобранному на URI, параметры POST, заголовки и куки.

«Финалистами» являются mod_perl 2.x, CGI и Plack. Остальное распространено слабо.

Победитель — однозначно Plack. Он наиболее современный, простой и продуманный.

CGI — всё ещё жив, но безнадёжно устарел. Старые приложения, на нём написанные, нужно либо превращать в FastCGI, либо превращать в HTTP::Server::Simple (достаточно удобно и сделано в https://github.com/vitalif/bugzilla-4intranet), либо, на крайний случай, просто запускать через FCGI::Daemon.

mod_perl — тоже популярен, хотя ни универсальностью, ни надёжностью от него не пахнет. «Perl и mod_perl — это разные языки».