php之nginx与php-fpm的交互方式

在上一篇文章：「php之CGI、FastCGI 和 php-fpm」中说明了，cgi 和 fastcgi 的关系和用途以及 php-cgi 和 php-fpm 又分别是什么，这篇文章主要说明一下 nginx 和 php-fpm 是如何通信的。

一、进程间的通信方式

nginx 和 php-fpm 作为两组 master-worker 模式的进程服务，两者之间的交互必然涉及 进程间通信，先来看下 常见的 6 中进程通信 方式。

1. 管道：`pipe` 和 `named pipe`

两者都是半双工通信，即：通信只能有一个方向，一个写另一个读，不能双向读写。
是一种特殊的文件，使用 read 和 write 进行读写，区别是 pipe 不属于操作系统，只存在于内存当中。
pipe 和 named pipe 的区别是：
- pipe 只能在父子进程或兄弟进程间使用
- named pipe 则在任何两个毫无关系的进程间使用

2. 信号：signal

信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟。在原理上，一个进程收到一个信号与处理器收到一个中断请求可以说是一样的。
信号是异步的，一个进程不必通过任何操作来等待信号的到达，事实上，进程也不知道信号到底什么时候到达。
进程可以通过三种方式来响应一个信号：
- 忽略信号，即对信号不做任何处理，其中，有两个信号不能忽略：SIGKILL及SIGSTOP；
- 捕捉信号。通过 signal 和 sigaction 定义信号处理函数，当信号发生时，执行相应的处理函数；
- 执行缺省操作，Linux对每种信号都规定了默认操作。

3. 消息队列：message queue

消息队列是消息的链表，存放在内核中，并由消息队列标识符标识（队列ID）
消息队列克服了上面两种方式的缺点：
- 信号传递信息少
- 管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限
消息队列是UNIX下不同进程之间可实现共享资源的一种机制。UNIX允许不同进程将格式化的数据流以消息队列形式发送给任意进程.
通过使用消息类型，进程可以按任何顺序读信息，或为消息安排优先级顺序。
消息队列独立于发送与接收进程。进程终止时，消息队列及其内容并不会被删除。

4. 信号量：semaphore

在内核中创建一个信号量数组，数组的元素（信号量）都是1。
使用P操作进行-1，使用V操作+1：
- P(sv)：如果sv的值大于零，就给它减1；如果它的值为零，就挂起该进程的执⾏。
- V(sv)：如果有其他进程因等待sv而被挂起，就让它恢复运⾏。如果没有进程因等待sv⽽挂起，就给它加1。
PV操作用于同一进程，实现互斥。PV操作用于不同进程，实现同步。

5. 共享内存：shared memory

多个进程可以访问同一块内存空间，不同进程可以及时看到对方进程中对共享内存中数据得更新。
需要解决两个问题：
- 怎样提供共享内存？
- 怎样维护共享内存的互斥访问？
通常和信号量一起使用，来同步对共享内存的访问。

6. 套接字：socket

客户/服务器(即要进行通信的两个进程)既可以在本地单机上进行，也可以跨网络进行。
套接字的特性由3个属性确定，它们分别是：域、类型和协议
- 域，指定套接字通信中使用的网络介质。
  - AF_INET 表示 Internet 网络，需要用到服务器的 ip 和 port 作为通信的重点。当然，服务器必须在开始通信前，绑定好端口，并等待客户端连接。
  - AF_UNIX 表示 UNIX 文件系统，本质上是对文件的读写，需要指明文件的路径。
- 类型包含流 stream 和数据报 datagram 两种：
  - SOCK_STREAM 表示 stream 类型，是一个有序、可靠、双向字节流连接，可以确保不会丢失、重复或乱序到达，而且还包含一个 出错后重新发送 的机制
  - SOCK_DGRAM 表示 datagram 类型，不需要建立和维持一个连接，以 UDP/IP 协议实现。对数据长度有限制，且可能会丢失、复制或错乱到达，但速度很高。
- 协议。只要底层的传输机制允许不止一个协议来提供要求的套接字类型，我们就可以为套接字选择一个特定的协议。通常只需要使用默认值。

二、 `nginx` 和 `php-fpm` 中 `socket` 的两种域

nginx 和 php-fpm 间的通信使用的就是上述的 套接字(socket) 方案，根据 socket 中 域 的不同，分为 unix socket 和 tcp socket 两种配置方案。

1. unix socket

nginx 方面需要指定 fastcgi_pass unix:/xxx/xxx/xxx.sock，如：

location ~ \.php$ {
    include fastcgi_params;
    fastcgi_param SCRIPT_FILENAME $document_root$fastcgi_script_name;;
    fastcgi_pass unix:/var/run/php5-fpm.sock;
    fastcgi_index index.php;
}

相应地，fpm 方面需要指定 listen = /xxx/xxx/xxx.sock，如：

listen = /var/run/php-fpm.sock

2. tcp socket

nginx 方面需要指定 fastcgi_pass ip:port，如：

location ~ \.php$ {
    include fastcgi_params;
    fastcgi_param SCRIPT_FILENAME $document_root$fastcgi_script_name;;
    fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;
    fastcgi_index index.php;
}

相应地，fpm 方面需要指定 listen = ip:port，如：

listen = 127.0.0.1:9000

值得一提的是：在 tcp socket 下，fastcgi_pass 可以是一个 带有权重的集群，如：

upstream api_fpm { 
      server ip1:port1 weight=x1; 
      server ip2:port2 weight=x2; 
}
location ~ \.php$ {
    include fastcgi_params;
    fastcgi_param SCRIPT_FILENAME $document_root$fastcgi_script_name;;
    fastcgi_pass api_fpm;
    fastcgi_index index.php;
}

3. `unix socket` 和 `tcp socket` 方案对比

unix socket 基于本地 .sock 文件通信，省去底层网络协议传输的消耗，更高效。
tcp socket 配合 nginx 的 upstream 实现了集群部署，更利于水平扩展。
基于上述特点：
- 不需要集群，追求快速影响时，选择 unix socket。
- 更注重服务稳定性和可扩展性时，选择 tcp socket。