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深入理解PHP(一)

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从毕业开始使用PHP也有接近三年时间，对PHP的理解还只是停留在很表层的使用阶段，而没有深入去了解它的内部运行及处理机制。所以决定开始每周花一点时间去深入理解PHP的内核，当做是一些自己的学习笔记和总结。

运行模式及生命周期

PHP运行模式

  • CGI（通用网关接口 / Common Gateway Interface）
  • FastCGI（常驻型CGI / Long-Live CGI）
  • CLI（命令行运行 / Command Line Interface）
  • Web模块模式（Apache等Web服务器运行的模式）

CGI: 本质上是以socket编程实现一个TCP/UDP协议的服务器，启动时创建TCP/UDP协议的服务器socket监听，并接受相关请求进行处理，并在此基础上添加模块的初始化、sapi初始化、模块关闭、sapi关闭等就构成了整个CGI的生命周期。

CGI全称是“通用网关接口”(Common Gateway Interface)，它可以让一个客户端从网页浏览器向执行在Web服务器上的程序请求数据。

CGI描述了客户端和这个程序之间传输数据的一种标准。

CGI的一个目的是要独立于任何语言的，所以CGI可以用任何一种语言编写，只要这种语言具有标准输入、输出和环境变量。如php,perl,tcl等。

存在的问题：

  • 每当有用户请求，会创建CGI的子进程，然后处理完请求才会结束子进程。当
  • 当用户请求数量非常大事，会大量占用系统资源，比如内存、CPU等，造成性能低下。
  • 有多少客户端请求就会创建多少个CGI子进程，子进程反复加载是造成性能低下的主要原因。

webserver收到浏览器index.php的请求以后，会启动相应的CGI程序，也就是PHP解释器。接下来PHP解释器会解析php.ini文件，加载模块，初始化执行环境然后处理，按照CGI规定执行完成后返回结果，结束进程，webserver再返回浏览器。

browser->webserver-CGI/FastCGI->PHP->close CGI->webserver->browser

FastCGI：是CGI的升级版本，像一个常驻(long live)的CGI,它可以一直在执行，激活以后不需要每次都花时间去fork进程。

工作原理：

  • webserver启动时载入FastCGI管理器(PHP-FPM)。
  • FastCGI进程管理器自身初始化，启动多个CGI解释器进程等待webserver连接。
  • 客户端请求到达webserver时，FastCGI选择一个CGI解释器进程并连接。
  • FastCGI子进程处理完后将标准输出和错误信息由同一连接返回Webserver，当关闭FastCGI子进程连接时，请求宣告完成。FastCGI等待下一个连接。
  • 使用FastCGI，只需要解析一次php.ini文件，初始化数据结构也只需要一次，不需要像CGI那样每次都经历这个过程。一个好处持续数据库连接可以工作。

优点：

  • 从稳定性看，FastCGI是以独立的进程池来运行CGI，单个进程死掉，系统可以丢弃并重新分配进程来处理。
  • 从安全性看，FastCGI支持分布式运算，和宿主Server可以独立，FastCGI Down不会将Server弄垮。
  • 从性能上看，FastCGI将动态逻辑处理从Server中分离开，I/O处理留给Server处理。

不足：

因为需要开启多个进程，FastCGI需要更多的服务器内存，PHP-CGI进程解释器需要消耗7-25M内存，若开启500个进程则是很大的内存数。

Tips:

如果php-fpm的单个子进程占用内存一直居高不下,如图fpm需要看php-fpm的配置中max_request是否打开，不开启会导致fpm进程一直不释放内存，可设置为max_request=300-500，请求次数达到这个值后php-fpm进程进行重启，保存内存不增长。如果内存不释放，导致占用内存增加不够用，从而导致php-fpm不可用造成nginx开始报502。如果是间歇性502一般是php-fpm进程重启造成的。如果参数设置的太小，导致无进程可用也会报502。进程占用内存计算方法(内存/20M)。

CLI

PHP-CLI是PHP Command Line Interface的简称，就是PHP在命令行运行的接口，区别于在Web服务器上运行的PHP环境（PHP-CGI，ISAPI等)。PHP的CLI Shell脚本适用于所有的PHP优势，使创建要么支持脚本或系统甚至与GUI应用程序的服务端，在Windows和Linux下都是支持PHP-CLI模式的，如php xx.php来执行。

开始和结束

首先看一段代码：

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<?php
	echo "hello world";
	$a = 1+1;
	echo $a;
?>

通常我们在Apache或Nginx这类web服务器来测试PHP脚本，或者在CGI的命令行模式下执行，脚本执行完后，Web服务器应答，浏览器显示应答信息，或者在命令行标准输出上显示内容。以CGI执行为例，会执行下面的几个步骤：

  • Scanning(Lexing) ,将PHP代码转换为语言片段(Tokens)
  • Parsing, 将Tokens转换成简单而有意义的表达式
  • Compilation, 将表达式编译成Opocdes
  • Execution, 顺次执行Opcodes，每次一条，从而实现PHP脚本的功能。

脚本执行的开始都是以SAPI接口实现开始的，只是不同的SAPI接口会实现他们特定的工作，如Apache的mod_php SAPI实现需要初始化从Apache获取的一些信息，将输出内容返回给Apache，其他的SAPI也是类似。

PHP开始执行要经过两个主要的阶段：处理请求之前的开始阶段和请求之后的阶段。开始阶段主要有两个过程：第一个是模块初始化阶段（MINIT）,在整个生命周期之内只进行一次。第二个过程是模块激活阶段（RINIT）,发生在请求阶段，每次请求之前都会进行模块激活。例如PHP注册一些扩展模块，则在MINIT阶段会回调所有模块的MINIT函数。

请求到达之后PHP初始化执行脚本的基本环境，包括保存运行过程中变量名称、值内容符号表，所有的函数及类等信息的符号表。然后PHP会调用所有RINIT的函数，各模块也会执行一些相关操作。

请求处理完成后，执行到脚本末尾或是调用die()/exit()函数，PHP都将进入结束阶段。也分为两个环节，一个请求结束后停用模块（RSHOUTDOWN,对应RINIT）,一个在SAPI生命周期结束时关闭模块（MSHUTDOWN, 对应MINIT）。

单进程SAPI生命周期

sapi

启动

在调用每个模块的模块初始化前，会有一个初始化的过程，包括以下：

  • 初始化若干个变量
  • 初始化若干常量
  • 初始化Zend引擎和核心组件
  • 解析php.ini
  • 全局操作函数的初始化
  • 初始化静态构造的模块和共享模块（MINIT）
  • 禁用函数和类

ACTIVATION

调用php_request_startup做请求初始化操作，还有其他的操作：

  • 激活Zend引擎

    • gc_reset函数来重置垃圾收集机制
    • init_complier初始化编译器
    • init_executor初始化中间代码的执行过程

  • 激活SAPI

  • 环境初始化

    • $_POST、$_GET、$_COOKIE、$_SERVER、$_ENV、$_FILES等
  • 模块请求初始化

运行

php_execute_script函数包含了运行PHP脚本的全部过程

DEACTIVITION

关闭请求的过程是若干个关闭操作的集合，存在于php_request_shutdown函数。

结束

  • flush
  • 关闭zend引擎

多进程SAPI生命周期

以Apache为例，Apache启动后会fork多个子进程，进程间内存独立，每个子进程都会经过开始和结束环节，所以在整个生命周期中可能会有多个请求。如下图所示：
multi

多线程的SAPI生命周期

整个进程的生命周期内会并行的重复着 请求开始-请求关闭环节，如下图：
thread

Zend引擎

Zend引擎是PHP实现的核心，提供了语言实现上的基础设施。如：语法实现、脚本的编译运行环境、扩展机制、内存管理。很多PHP扩展也是使用的ZendAPI。

参考资料