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PHP内核了解:生命周期及运行模式

PHP运行模式

1)CGI(通用网关接口 / Common Gateway Interface) 
2)FastCGI(常驻型CGI / Long-Live CGI) 
3)CLI(命令行运行 / Command Line Interface) 
4)Web模块模式(Apache等Web服务器运行的模式) 
5)ISAPI(Internet Server Application Program Interface) 
备注:在PHP5.3以后,PHP不再有ISAPI模式

CGI是个协议,跟进程什么的没关系。那fastcgi又是什么呢?Fastcgi是用来提高CGI程序性能的。

PHP中的CGI实现

PHP的CGI实现本质是是以socket编程实现一个TCP或UDP协议的服务器,当启动时,创建TCP/UDP协议的服务器的socket监听, 并接收相关请求进行处理。这只是请求的处理,在此基础上添加模块初始化,sapi初始化,模块关闭,sapi关闭等就构成了整个CGI的生命周期。

这里写图片描述

CGI

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

CGI已经是比较老的模式了,这几年都很少用了。

  • 每有一个用户请求,都会先要创建CGI的子进程,然后处理请求,处理完后结束这个子进程,这就是Fork-And-Execute模式。
  • 当用户请求数量非常多时,会大量挤占系统的资源如内存,CPU时间等,造成效能低下。
  • 所以用CGI方式的服务器有多少连接请求就会有多少CGI子进程,子进程反复加载是CGI性能低下的主要原因。

当web server收到/index.php这个请求后,会启动对应的CGI程序,这里就是PHP的解析器。接下来PHP解析器会解析php.ini文件,初始化执行环境,然后处理请求,再以规定CGI规定的格式返回处理后的结果,退出进程。web server再把结果返回给浏览器。

FastCGI

fast-cgi 是cgi的升级版本,FastCGI 像是一个常驻 (long-live) 型的 CGI,它可以一直执行着,只要激活后,不会每次都要花费时间去 fork 一次 (这是 CGI 最为人诟病的 fork-and-execute 模式)。

FastCGI工作原理

  1. Web Server启动时载入FastCGI进程管理器【PHP的FastCGI进程管理器是PHP-FPM(php-FastCGI Process Manager)】(IIS ISAPI或Apache Module)
  2. FastCGI进程管理器自身初始化,启动多个CGI解释器进程 (可见多个php-cgi.exe或php-cig)并等待来自Web Server的连接;
  3. 当客户端请求到达Web Server时,FastCGI进程管理器选择并连接到一个CGI解释器。Web server将CGI环境变量和标准输入发送到FastCGI子进程php-cgi
  4. FastCGI子进程完成处理后将标准输出和错误信息从同一连接返回Web Server。当FastCGI子进程关闭连接时,请求便告处理完成。FastCGI子进程接着等待并处理来自FastCGI进程管理器(运行在 WebServer中)的下一个连接。
  5. 在正常的CGI模式中,php-cgi.exe在此便退出了。在CGI模式中,你可以想象 CGI通常有多慢。每一个Web请求PHP都必须重新解析php.ini、重新载入全部dll扩展并重初始化全部数据结构。使用FastCGI,所有这些都只在进程启动时发生一次。一个额外的好处是,持续数据库连接(Persistent database connection)可以工作。

备注:PHP的FastCGI进程管理器是PHP-FPM(PHP-FastCGI Process Manager)

优点

  • 从稳定性上看,FastCGI是以独立的进程池来运行CGI,单独一个进程死掉,系统可以很轻易的丢弃,然后重新分配新的进程来运行逻辑;
  • 从安全性上看,FastCGI支持分布式运算。FastCGI和宿主的Server完全独立,FastCGI怎么down也不会把Server搞垮;
  • 从性能上看,FastCGI把动态逻辑的处理从Server中分离出来,大负荷的IO处理还是留给宿主Server,这样宿主Server可以一心一意作IO,对于一个普通的动态网页来说, 逻辑处理可能只有一小部分,大量的是图片等静态。

不足

因为是多进程,所以比CGI多线程消耗更多的服务器内存,PHP-CGI解释器每进程消耗7至25兆内存,将这个数字乘以50或100就是很大的内存数。

Nginx 0.8.46+PHP 5.2.14(FastCGI)服务器在3万并发连接下,开启的10个Nginx进程消耗150M内存(15M*10=150M),开启的64个php-cgi进程消耗1280M内存(20M*64=1280M),加上系统自身消耗的内存,总共消耗不到2GB内存。如果服务器内存较小,完全可以只开启25个php-cgi进程,这样php-cgi消耗的总内存数才500M。

上面的数据摘自Nginx 0.8.x + PHP 5.2.13(FastCGI)搭建胜过Apache十倍的Web服务器(第6版)

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)。 
也就是说,PHP不单可以写前台网页,它还可以用来写后台的程序。 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。

我们在Linux下经常使用”php –m”查找PHP安装了那些扩展就是PHP命令行运行模式;

PHP开始和结束阶段

PHP开始执行以后会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结束阶段。

开始阶段

模块初始化阶段MINIT

在整个SAPI生命周期内(例如Apache启动以后的整个生命周期内或者命令行程序整个执行过程中), 该过程只进行一次。

启动Apache后,PHP解释程序也随之启动; 
PHP调用各个扩展(模块)的MINIT方法,从而使这些扩展切换到可用状态。

PHP_MINIT_FUNCTION(myphpextension)
{
    // 注册常量或者类等初始化操作
    return SUCCESS; 
}
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5

模块激活阶段RINIT

该过程发生在请求阶段, 例如通过url请求某个页面,则在每次请求之前都会进行模块激活(RINIT请求开始)。 
请求到达之后,SAPI层将控制权交给PHP层,PHP初始化本次请求执行脚本所需的环境变量

例如是Session模块的RINIT,如果在php.ini中启用了Session 模块,那在调用该模块的RINIT时就会初始化$_SESSION变量,并将相关内容读入; 然后PHP会调用所有模块RINIT函数,即“请求初始化”。 
在这个阶段各个模块也可以执行一些相关的操作, 模块的RINIT函数和MINIT函数类似 ,RINIT方法可以看作是一个准备过程,在程序执行之前就会自动启动。

结束阶段

请求处理完后就进入了结束阶段, 一般脚本执行到末尾或者通过调用exit()或者die()函数,PHP都将进入结束阶段. 和开始阶段对应,结束阶段也分为两个环节,一个在请求结束后(RSHUWDOWN),一个在SAPI生命周期结束时(MSHUTDOWN).

请求结束后(RSHUWDOWN)

请求处理完后就进入了结束阶段,PHP就会启动清理程序。 
它会按顺序调用各个模块的RSHUTDOWN方法。 
RSHUTDOWN用以清除程序运行时产生的符号表,也就是对每个变量调用unset函数。

SAPI生命周期结束时(MSHUTDOWN)

最后,所有的请求都已处理完毕 
SAPI也准备关闭了 
PHP调用每个扩展的MSHUTDOWN方法 
这时各个模块最后一次释放内存的机会。 
(这个是对于CGI和CLI等SAPI,没有“下一个请求”,所以SAPI立刻开始关闭。)

整个PHP生命周期就结束了。要注意的是,只有在服务器没有请求的情况下才会执行“启动第一步”和“关闭第二步”。

SAPI运行PHP都经过的几个阶段

  1. 模块初始化阶段(Module init)

        即调用每个拓展源码中的的PHP_MINIT_FUNCTION中的方法初始化模块,进行一些模块所需变量的申请,内存分配等。
    
  2. 请求初始化阶段(Request init)

     即接受到客户端的请求后调用每个拓展的PHP_RINIT_FUNCTION中的方法,初始化PHP脚本的执行环境。
    
  3. 执行PHP脚本
  4. 请求结束(Request Shutdown)

    这时候调用每个拓展的PHP_RSHUTDOWN_FUNCTION方法清理请求现场,并且ZE开始回收变量和内存
    
  5. 关闭模块(Module shutdown)

    Web服务器退出或者命令行脚本执行完毕退出会调用拓展源码中的PHP_MSHUTDOWN_FUNCTION 方法
    

单进程SAPI生命周期

CLI/CGI模式的PHP属于单进程的SAPI模式。这类的请求在处理一次请求后就关闭。
也就是只会经过如下几个环节: 开始 - 请求开始 - 请求关闭 - 结束 SAPI接口实现就完成了其生命周期。

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多进程SAPI生命周期

  • 通常PHP是编译为apache的一个模块来处理PHP请求。
  • Apache一般会采用多进程模式, Apache启动后会fork出多个子进程,每个进程的内存空间独立,每个子进程都会经过开始和结束环节
  • 每个进程的开始阶段只在进程fork出来以来后进行,在整个进程的生命周期内可能会处理多个请求。
  • 只有在Apache关闭或者进程被结束之后才会进行关闭阶段,在这两个阶段之间会随着每个请求重复请求开始-请求关闭的环节。 
    这里写图片描述

多线程的SAPI生命周期

多线程模式和多进程中的某个进程类似,不同的是在整个进程的生命周期内会并行的重复着 请求开始-请求关闭的环节.

在这种模式下,只有一个服务器进程在运行着,但会同时运行很多线程,这样可以减少一些资源开销,向Module init和Module shutdown就只需要运行一遍就行了,一些全局变量也只需要初始化一次,因为线程独具的特质,使得各个请求之间方便的共享一些数据成为可能。 
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