1.PHP概述
1.1 PHP的历史发展
1995年由Lerdorf创建PHP，高级脚本语言，尤其适合Web开发，快速、灵活和实用是PHP最重要的特点。
在1997年，任职于 Technion IIT 公司的两个以色列程序设计师：Zeev Suraski 和 Andi Gutmans，重写了PHP的解析器。
1998年6月正式发布 PHP 3。Zeev Suraski 和 Andi Gutmans 在 PHP 3 发布后开始改写 PHP 的核心，这个在1999年发布的解析器称为 Zend Engine。
在2000年5月22日，以Zend Engine 1.0为基础的PHP 4正式发布。
2004年7月13日则发布了PHP 5，PHP 5则使用了第二代的Zend Engine。
2015年6月11日，PHP官网发布消息，正式公开发布PHP7第一版的alpha版本。
1.2 特性
PHP 独特的语法混合了 C、Java、Perl 以及 PHP 自创新的语法，丰富的语法支持、同时支持面向对象、面向过程，相比C、Java等语言具有语法简洁、使用灵活、开发效率高。
1.3 PHP的相关组成
1.3.1 SAPI
SAPI是PHP的接入层，它接收用户的请求，然后调用PHP内核提供的一些接口完成PHP脚本的执行，所以严格意义上讲SAPI并不算PHP内核的一部分。PHP本身可以理解为是一个库函数，提供语言的编译与执行服务，它有标准的输入、输出。
PHP中常用的SAPI有CLI、php-fpm(CGI)，CLI是命令行下执行PHP脚本的实现：bin/php script.php，它是单进程的，处理模型比较简单，而php-fpm相对比较复杂，它实现了网络处理模块，用于与web服务器交互。
1.3.2 Zend引擎
Zend是PHP语言实现的最为重要的部分，是PHP最基础、最核心的部分，它的源码在/Zend目录下，PHP代码从编译到执行都是由Zend完成的，后面章节绝大部分的源码分析都是针对Zend的。Zend整体由两个部分组成：
- 编译器： 负责将PHP代码编译为抽象语法树，然后进一步编译为可执行的opcodes，这个过程相当于GCC的工作，编译器是一个语言实现的基础
- 执行器： 负责执行编译器输出的opcodes，也就是执行PHP脚本中编写的代码逻辑
2. 执行流程
PHP的生命周期
-
php_module_startup() 模块初始化阶段
-
php_request_startup() 请求初始化阶段
-
php_execute_script() 执行PHP脚本阶段
-
php_request_shutdown() 请求结束阶段
-
php_module_shutdown() 模块关闭阶段
3. FPM
3.1 概述
FPM(FastCGI Process Manager)是PHP FastCGI运行模式的一个进程管理器，核心功能是进程管理，那么它用来管理什么进程呢？这个问题就需要从FastCGI说起了。
FastCGI是Web服务器(如：Nginx、Apache)和处理程序之间的一种通信协议，它是与Http类似的一种应用层通信协议，注意：它只是一种协议！
web服务器来处理http请求，然后将解析的结果再通过FastCGI协议转发给处理程序，处理程序处理完成后将结果返回给web服务器，web服务器再返回给用户，如下图所示。
PHP实现了FastCGI协议的解析，但是并没有具体实现网络处理，一般的处理模型：多进程、多线程。多进程模型通常是主进程只负责管理子进程，而基本的网络事件由各个子进程处理，nginx、fpm就是这种模式。
3.2 基本实现
fpm的实现就是创建一个master进程，在master进程中创建并监听socket，然后fork出多个子进程，这些子进程各自accept请求。
fpm的子进程子进程在启动后阻塞在accept上，同时只能响应一个请求，只有把这个请求处理完成后才会accept下一个请求。(nginx则是一个进程会同时连接多个请求，它是非阻塞的模型，只处理活跃的套接字)。
fpm的master进程与worker进程之间不会直接进行通信，master通过共享内存获取worker进程的信息，比如worker进程当前状态、已处理请求数等，当master进程要杀掉一个worker进程时则通过发送信号的方式通知worker进程。
fpm可以同时监听多个端口，每个端口对应一个worker pool，而每个pool下对应多个worker进程，类似nginx中server概念。
具体实现上worker pool通过fpm_worker_pool_s这个结构表示，多个worker pool组成一个单链表：
struct fpm_worker_pool_s {
struct fpm_worker_pool_s *next; //指向下一个worker pool
struct fpm_worker_pool_config_s *config; //conf配置:pm、max_children、start_servers...
int listening_socket; //监听的套接字
...
//以下这个值用于master定时检查、记录worker数
struct fpm_child_s *children; //当前pool的worker链表
int running_children; //当前pool的worker运行总数
int idle_spawn_rate;
int warn_max_children;
struct fpm_scoreboard_s *scoreboard; //记录worker的运行信息，比如空闲、忙碌worker数
...
}
3.3 FPM的初始化
fpm的启动流程，从main()函数开始：
//sapi/fpm/fpm/fpm_main.c
int main(int argc, char *argv[])
{
...
//注册SAPI:将全局变量sapi_module设置为cgi_sapi_module
sapi_startup(&cgi_sapi_module);
...
//执行php_module_starup()
if (cgi_sapi_module.startup(&cgi_sapi_module) == FAILURE) {
return FPM_EXIT_SOFTWARE;
}
...
//初始化
if(0 > fpm_init(...)){
...
}
...
fpm_is_running = 1;
fcgi_fd = fpm_run(&max_requests);//后面都是worker进程的操作，master进程不会走到下面
parent = 0;
...
}
fpm_init()主要有以下几个关键操作：
- 1.fpm_conf_init_main():
解析php-fpm.conf配置文件，分配worker pool内存结构并保存到全局变量中：fpm_worker_all_pools，各worker pool配置解析到fpm_worker_pool_s->config中。 - 2.fpm_scoreboard_init_main():
分配用于记录worker进程运行信息的共享内存，按照worker pool的最大worker进程数分配，每个worker pool分配一个fpm_scoreboard_s结构，pool下对应的每个worker进程分配一个fpm_scoreboard_proc_s结构，各结构的对应关系如下图。
- 3.fpm_signals_init_main(): master的信号处理
static int sp[2];
int fpm_signals_init_main()
{
struct sigaction act;
//创建一个全双工管道
if (0 > socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, sp)) {
return -1;
}
//注册信号处理handler
act.sa_handler = sig_handler;
sigfillset(&act.sa_mask);
if (0 > sigaction(SIGTERM, &act, 0) ||
0 > sigaction(SIGINT, &act, 0) ||
0 > sigaction(SIGUSR1, &act, 0) ||
0 > sigaction(SIGUSR2, &act, 0) ||
0 > sigaction(SIGCHLD, &act, 0) ||
0 > sigaction(SIGQUIT, &act, 0)) {
return -1;
}
return 0;
}
- 4.fpm_sockets_init_main(): 创建每个worker pool的socket套接字。
- 5.fpm_event_init_main():
启动master的事件管理，fpm实现了一个事件管理器用于管理IO、定时事件，其中IO事件通过kqueue、epoll、poll、select等管理，定时事件就是定时器，一定时间后触发某个事件。
在fpm_init()初始化完成后接下来就是最关键的fpm_run()操作了，此环节将fork子进程，启动进程管理器，另外master进程将不会再返回，只有各worker进程会返回，也就是说fpm_run()之后的操作均是worker进程的。
int fpm_run(int *max_requests)
{
struct fpm_worker_pool_s *wp;
for (wp = fpm_worker_all_pools; wp; wp = wp->next) {
//调用fpm_children_make() fork子进程
is_parent = fpm_children_create_initial(wp);
if (!is_parent) {
goto run_child;
}
}
//master进程将进入event循环，不再往下走
fpm_event_loop(0);
run_child: //只有worker进程会到这里
*max_requests = fpm_globals.max_requests;
return fpm_globals.listening_socket; //返回监听的套接字
}
在fork后worker进程返回了监听的套接字继续main()后面的处理，而master将永远阻塞在fpm_event_loop()，接下来分别介绍master、worker进程的后续操作。
3.4 请求处理
fpm_run()执行后将fork出worker进程，worker进程返回main()中继续向下执行，后面的流程就是worker进程不断accept请求，然后执行PHP脚本并返回。整体流程如下：
- 1.等待请求： worker进程阻塞在fcgi_accept_request()等待请求；
- 2.解析请求： fastcgi请求到达后被worker接收，然后开始接收并解析请求数据，直到request数据完全到达；
- 3.请求初始化： 执行php_request_startup()，此阶段会调用每个扩展的：PHP_RINIT_FUNCTION()；
- 4.编译、执行： 由php_execute_script()完成PHP脚本的编译、执行；
- 5.关闭请求： 请求完成后执行php_request_shutdown()，此阶段会调用每个扩展的：PHP_RSHUTDOWN_FUNCTION()，然后进入步骤1等待下一个请求。
worker进程一次请求的处理被划分为5个阶段：
- FPM_REQUEST_ACCEPTING: 等待请求阶段
- FPM_REQUEST_READING_HEADERS: 读取fastcgi请求header阶段
- FPM_REQUEST_INFO: 获取请求信息阶段，此阶段是将请求的method、query stirng、request uri等信息保存到各worker进程的fpm_scoreboard_proc_s结构中，此操作需要加锁，因为master进程也会操作此结构
- FPM_REQUEST_EXECUTING: 执行请求阶段
- FPM_REQUEST_END: 没有使用
- FPM_REQUEST_FINISHED: 请求处理完成
worker处理到各个阶段时将会把当前阶段更新到fpm_scoreboard_proc_s->request_stage，master进程正是通过这个标识判断worker进程是否空闲的。
3.5 进程管理
这一节我们来看下master是如何管理worker进程的，首先介绍下三种不同的进程管理方式：
-
static: 这种方式比较简单，在启动时master按照
pm.max_children配置fork出相应数量的worker进程，即worker进程数是固定不变的 -
dynamic: 动态进程管理，首先在fpm启动时按照
pm.start_servers初始化一定数量的worker，运行期间如果master发现空闲worker数低于pm.min_spare_servers配置数(表示请求比较多，worker处理不过来了)则会fork worker进程，但总的worker数不能超过pm.max_children，如果master发现空闲worker数超过了pm.max_spare_servers(表示闲着的worker太多了)则会杀掉一些worker，避免占用过多资源，master通过这4个值来控制worker数 -
ondemand: 这种方式一般很少用，在启动时不分配worker进程，等到有请求了后再通知master进程fork worker进程，总的worker数不超过
pm.max_children，处理完成后worker进程不会立即退出，当空闲时间超过pm.process_idle_timeout后再退出
前面介绍到在fpm_run()master进程将进入fpm_event_loop()：
void fpm_event_loop(int err)
{
//创建一个io read的监听事件，这里监听的就是在fpm_init()阶段中通过socketpair()创建管道sp[0]
//当sp[0]可读时将回调fpm_got_signal()
fpm_event_set(&signal_fd_event, fpm_signals_get_fd(), FPM_EV_READ, &fpm_got_signal, NULL);
fpm_event_add(&signal_fd_event, 0);
//如果在php-fpm.conf配置了request_terminate_timeout则启动心跳检查
if (fpm_globals.heartbeat > 0) {
fpm_pctl_heartbeat(NULL, 0, NULL);
}
//定时触发进程管理
fpm_pctl_perform_idle_server_maintenance_heartbeat(NULL, 0, NULL);
//进入事件循环，master进程将阻塞在此
while (1) {
...
//等待IO事件
ret = module->wait(fpm_event_queue_fd, timeout);
...
//检查定时器事件
...
}
}
这就是master整体的处理，其进程管理主要依赖注册的几个事件，接下来我们详细分析下这几个事件的功能。
(1)sp[1]管道可读事件：
在fpm_init()阶段master曾创建了一个全双工的管道：sp，然后在这里创建了一个sp[0]可读的事件，当sp[0]可读时将交由fpm_got_signal()处理，向sp[1]写数据时sp[0]才会可读，那么什么时机会向sp[1]写数据呢？前面已经提到了：当master收到注册的那几种信号时会写入sp[1]端，这个时候将触发sp[0]可读事件。
这个事件是master用于处理信号的，我们根据master注册的信号逐个看下不同用途：
- SIGINT/SIGTERM/SIGQUIT: 退出fpm，在master收到退出信号后将向所有的worker进程发送退出信号，然后master退出
- SIGUSR1: 重新加载日志文件，生产环境中通常会对日志进行切割，切割后会生成一个新的日志文件，如果fpm不重新加载将无法继续写入日志，这个时候就需要向master发送一个USR1的信号
- SIGUSR2: 重启fpm，首先master也是会向所有的worker进程发送退出信号，然后master会调用execvp()重新启动fpm，最后旧的master退出
- SIGCHLD: 这个信号是子进程退出时操作系统发送给父进程的，子进程退出时，内核将子进程置为僵尸状态，这个进程称为僵尸进程，它只保留最小的一些内核数据结构，以便父进程查询子进程的退出状态，只有当父进程调用wait或者waitpid函数查询子进程退出状态后子进程才告终止，fpm中当worker进程因为异常原因(比如coredump了)退出而非master主动杀掉时master将受到此信号，这个时候父进程将调用waitpid()查下子进程的退出，然后检查下是不是需要重新fork新的worker
具体处理逻辑在fpm_got_signal()函数中，这里不再罗列。
(2)fpm_pctl_perform_idle_server_maintenance_heartbeat():
这是进程管理实现的主要事件，master启动了一个定时器，每隔1s触发一次，主要用于dynamic、ondemand模式下的worker管理，master会定时检查各worker pool的worker进程数，通过此定时器实现worker数量的控制，处理逻辑如下：
static void fpm_pctl_perform_idle_server_maintenance(struct timeval *now)
{
for (wp = fpm_worker_all_pools; wp; wp = wp->next) {
struct fpm_child_s *last_idle_child = NULL; //空闲时间最久的worker
int idle = 0; //空闲worker数
int active = 0; //忙碌worker数
for (child = wp->children; child; child = child->next) {
//根据worker进程的fpm_scoreboard_proc_s->request_stage判断
if (fpm_request_is_idle(child)) {
//找空闲时间最久的worker
...
idle++;
}else{
active++;
}
}
...
//ondemand模式
if (wp->config->pm == PM_STYLE_ONDEMAND) {
if (!last_idle_child) continue;
fpm_request_last_activity(last_idle_child, &last);
fpm_clock_get(&now);
if (last.tv_sec < now.tv_sec - wp->config->pm_process_idle_timeout) {
//如果空闲时间最长的worker空闲时间超过了process_idle_timeout则杀掉该worker
last_idle_child->idle_kill = 1;
fpm_pctl_kill(last_idle_child->pid, FPM_PCTL_QUIT);
}
continue;
}
//dynamic
if (wp->config->pm != PM_STYLE_DYNAMIC) continue;
if (idle > wp->config->pm_max_spare_servers && last_idle_child) {
//空闲worker太多了，杀掉
last_idle_child->idle_kill = 1;
fpm_pctl_kill(last_idle_child->pid, FPM_PCTL_QUIT);
wp->idle_spawn_rate = 1;
continue;
}
if (idle < wp->config->pm_min_spare_servers) {
//空闲worker太少了，如果总worker数未达到max数则fork
...
}
}
}
(3)fpm_pctl_heartbeat():
这个事件是用于限制worker处理单个请求最大耗时的，php-fpm.conf中有一个request_terminate_timeout的配置项，如果worker处理一个请求的总时长超过了这个值那么master将会向此worker进程发送kill -TERM信号杀掉worker进程，此配置单位为秒，默认值为0表示关闭此机制，另外fpm打印的slow log也是在这里完成的。
static void fpm_pctl_check_request_timeout(struct timeval *now)
{
struct fpm_worker_pool_s *wp;
for (wp = fpm_worker_all_pools; wp; wp = wp->next) {
int terminate_timeout = wp->config->request_terminate_timeout;
int slowlog_timeout = wp->config->request_slowlog_timeout;
struct fpm_child_s *child;
if (terminate_timeout || slowlog_timeout) {
for (child = wp->children; child; child = child->next) {
//检查当前当前worker处理的请求是否超时
fpm_request_check_timed_out(child, now, terminate_timeout, slowlog_timeout);
}
}
}
}
除了上面这几个事件外还有一个没有提到，那就是ondemand模式下master监听的新请求到达的事件，因为ondemand模式下fpm启动时是不会预创建worker的，有请求时才会生成子进程，所以请求到达时需要通知master进程，这个事件是在fpm_children_create_initial()时注册的，事件处理函数为fpm_pctl_on_socket_accept()，具体逻辑这里不再展开，比较容易理解。
到目前为止我们已经把fpm的核心实现介绍完了，事实上fpm的实现还是比较简单的。
