php運行內存機制,php緩存機制

本文目錄一覽：

• 1、PHP(或其他語言) 的Session 運行機制是？
• 2、php是什麼意思
• 3、php底層原理 php是如何運行的
• 4、php-fpm的工作機制

PHP(或其他語言) 的Session 運行機制是？

session實現與工作原理

瀏覽器和伺服器採用http無狀態的通訊，為了保持客戶端的狀態，使用session來達到這個目的。然而服務端是怎麼樣標示不同的客戶端或用戶呢？

假如你參加一個晚會，認識了很多人，你會採取什麼方式來區分不同的人呢！你可能根據臉型，也有可能根據用戶的名字，或者人的身份證，即採用一個獨一無二的標示。在session機制中，也採用了這樣的一個唯一的session_id來標示不同的用戶，不同的是：瀏覽器每次請求都會帶上由伺服器為它生成的session_id.

簡單介紹一下流程：當客戶端訪問伺服器時，伺服器根據需求設置session，將會話信息保存在伺服器上，同時將標示session的session_id傳遞給客戶端瀏覽器，

瀏覽器將這個session_id保存在內存中(還有其他的存儲方式，例如寫在url中)，我們稱之為無過期時間的cookie。瀏覽器關閉後，這個cookie就清掉了，它不會存在用戶的cookie臨時文件。

以後瀏覽器每次請求都會額外加上這個參數值，再伺服器根據這個session_id，就能取得客戶端的數據狀態。

如果客戶端瀏覽器意外關閉，伺服器保存的session數據不是立即釋放，此時數據還會存在，只要我們知道那個session_id,就可以繼續通過請求獲得此session的信息；但是這個時候後台的session還存在，但是session的保存有一個過期

時間，一旦超過規定時間沒有客戶端請求時，他就會清除這個session。

下面介紹一下session的存儲機制，默認的session是保存在files中，即以文件的方式保存session數據。在php中主要根據php.ini的配置session.save_handler來選擇保存session的方式。如果要做伺服器的lvs，即多台server的話，我們一般使用memcached的方式session，否則會導致一些請求找不到session。

一個簡單的memcache配置：

session.save_handler = memcache

session.save_path = “tcp://12.8.1.8:1000”

當然如果一定要使用files文件緩存，我們可以將文件作nfs，將所有的保存session文件定位到一個地方。返回給用戶的session-id最終保存在內存中，這裡我們也可以設置參數將其保存在用戶的url中。

php是什麼意思

php通常指超文本預處理器，用於面向對象、命令式編程，是一種通用開源腳本語言。

主要特點:

為開源性和免費性、快捷性、資料庫連接的廣泛性、面向過程和面向對象並用。優點是利於學習，使用廣泛。此外，php還可以指菲律賓比索的標準貨幣代碼符號，MPLS網路中的倒數第二跳彈出功能。是英文超級文本預處理語言Hypertext Preprocessor的縮寫。PHP 是一種HTML 內嵌式的語言，是一種在伺服器端執行嵌入HTML文檔的腳本語言，語言風格有些類似於C語言，被廣泛的運用。 　

簡介:

PHP(外文名:PHP: Hypertext Preprocessor，中文名：「超文本預處理器」)是一種通用開源腳本語言。語法吸收了C語言、Java和Perl的特點，利於學習，使用廣泛，主要適用於Web開發領域。PHP 獨特的語法混合了C、Java、Perl以及PHP自創的語法它可以比CGI或者Perl更快速地執行動態網頁。用PHP做出的動態頁面與其他的編程語言相比，PHP是將程序嵌入到HTML(標準通用標記語言下的一個應用)文檔中去執行，執行效率比完全生成HTML標記的CGI要高許多;PHP還可以執行編譯後代碼，編譯可以達到加密和優化代碼運行，使代碼運行更快。

特性包括:

1、PHP 獨特的語法混合了 C、Java、Perl 以及 PHP 自創新的語法

2、PHP可以比CGI或者Perl更快速的執行動態網頁——動態頁面方面，與其他的編程語言相比，PHP是將程序嵌入到HTML文檔中去執行，執行效率比完全生成htmL標記的CGI要高許多;PHP具有非常強大的功能，所有的CGI的功能PHP都能實現

3、 PHP支持幾乎所有流行的資料庫以及操作系統。

4、最重要的是PHP可以用C、C++進行程序的擴展!

語言特點:

開源免費

PHP是一個受眾大並且擁有眾多開發者的開源軟體項目，Linux + Nginx + Mysql + PHP是它的經典安裝部署方式，相關的軟體全部都是開源免費的，所以使用PHP可以節約大量的正版授權費用。不過PHP作為一個開源軟體，它缺乏大型科技公司的支持背景，網路上對它的唱衰也是經久不衰，不過它的持續迭代和性能持續增強的現實卻是鼓舞人心的，PHP社區用實際行動給予各種質疑強有力的回擊。

快捷高效

PHP的內核是C語言編寫的基礎好效率高，可以用C語言開發高性能的擴展組件;PHP的核心包含了數量超過1000的內置函數，功能應有盡有很全面，開箱即用程序代碼簡潔； PHP數組支持動態擴容，支持以數字、字元串或者混合鍵名的關聯數組，能大幅提高開發效率； PHP是一門弱類型語言，程序編譯通過率高，相對其他強類型語言開發效率快；PHP天然熱部署，在php-fpm運行模式下代碼文件覆蓋即完成熱部署；PHP經過20多年的發展，在互聯網上可以搜到海量的參考資料供參考學習。

性能提升

PHP版本越高它的整體性能越高，根據官方介紹，PHP7.0.0 對比PHP5.6性能就提升了2倍，PHP7.4已經比PHP7.0快了約30％，PHP8.0在性能上又相對PHP7.4大約改進了10%。PHP 8.0 引入了 JIT編譯器特性，同時加入多種新的語言功能，例如命名參數、聯合類型、註解、Constructor Property Promotion、match 表達式、nullsafe 運算符以及對類型系統、錯誤處理和一致性的改進。PHP擁有自己的核心開發團隊，保持5年發布一個大版本、1個月發布2個小版本的頻率，最新的版本是PHP8.08 。

跨平台

每個平台都有對應的php解釋器版本，指針對不同平台均編譯出目標平台的二進位碼(PHP解釋器)，php開發的程序可以不經修改運行在windows、linux、unix等多個操作系統上。

常駐內存

php-cli模式下可以實現程序常駐內存，各種變數和資料庫連接都能長久保存在內存實現資源復用，比較常用的做法是結合swoole   組件編寫cli框架。

頁面生命周期

在php-fpm模式下，所有的變數都是頁面級的，無論是全局變數還是類的靜態成員，都會在頁面執行完畢後被清空，對程序員水平要求低，佔用內存非常少，特別適合中小型系統的開發。

運行機制:

PHP常見的運行模式有2種，分別是php-fpm 和php-cli 。當PHP 選擇運行在php-fpm模式下，所有的變數都是頁面級的，無論是全局變數還是類的靜態成員，都會在頁面執行完畢後被清空。運行在php-cli模式下可以實現程序常駐內存，各種變數和資料庫連接都能長久保存在內存 實現資源復用，性能可以得到很大的提升，php-cli開發比較複雜能但是能夠獲取更高的性能，對開發者的要求比較高需要比較高的開發水平，比較常用的模式是結合swoole 組件編寫cli框架，各種變數能保存在跨進程的高性能共享內存 Table ，可以開發出支持熱啟動的php-cli可靠各類應用系統。

php-fpm在PHP 5.3.3 版本成為了官方正式組件（2010-07-22），它提供了穩定可靠的進程管理服務，進程不足時候可以智能擴充數量，閑置時候可以自動回收銷毀多餘的進程，同時它對程序的容錯能力很強大運行非常穩定，可以應付企業級的開發需求。php-fpm友好的完成了使用HTTP/HTTPS等TCP/IP互聯網協議下進行的用戶的輸入輸出，頁面級生命周期各種資源用完即釋放，不存在內存泄漏的問題。php-fpm也提供有一些常駐內存的技術支持,例如PHP 7.4引入的opcache.preload也能實現局部的PHP類和函數的常駐內存，不過這個方法不夠靈活，和伺服器配置捆綁的太死了。

php-cli因為能實現各類資源的常駐內存，所以可以資源復用，更高效完成多進程編程和非同步編程，可以開發出負載能力更高的應用系統。但是相對php-fpm的簡單編程開發，開發者要注意很多的事項和需要做很多附加的控制器開發，否則就無法實現期待中的高性能。

首先開發者需要去實現可靠的進程管理服務，保證系統進程遇到各類錯誤退出運行後能夠自動創建新的進程，只有這樣才能保證後續的服務請求有足夠空閑進程可分配。每個業務代碼段都要做異常處理，讓進程遇到非致命錯誤時候不會退出，因為進程重啟意味程序和各類資源需要再次載入，這個過程性能消耗不小，所以只有進程穩定運行了常駐內存才有意義。

其次因為常駐內存,編寫的新的程序必須重啟服務才能生效，這一點習慣了fpm模式的開發者會感到比較陌生。另外開發者需要手工釋放內存，否則系統長時間運行後會出現內存泄露。同時在cli模式下，我們不能像fpm里直接用 $_SERVER、$_POST、$_GET、$_COOKI和$_FILES 進行編程工作，需要自己去解析各種互聯網通訊協議完成用戶的輸入輸出。要實現多進程編程利用多核CPU計算,還有學習使用pcntl和posix編程，這裡涉及到了非同步編程邏輯，這塊難度還是比較大的。比較常用的模式是結合swoole 組件編寫cli框架。

PHP是一個活躍的社區開發語言，有專業的核心開發團隊在持續不斷的迭代，最近一個版本就是PHP 8.0.8 引入了很多的新特性。

語言參考:

內置函數

PHP 有很多標準的函數和結構。還有一些函數需要和特定的擴展模塊一起編譯，否則在使用它們的時候就會得到一個致命的「未定義函數」錯誤。例如，要使用 image 函數中的 imagecreatetrue，需要在編譯 PHP 的時候加上 GD 的支持。或者要使用 mysqli_connect函數，就需要在編譯 PHP 的時候加上 MySQLi 支持。有很多核心函數已包含在每個版本的 PHP 中如字元串和變數函數。調用 phpinfo或者 get_loaded_extensions可以得知 PHP 載入了那些擴展庫。同時還應該注意，很多擴展庫默認就是有效的。

靜態網站與動態網站的區別

靜態網站：web1.0 時代

動態網站：web2.0 時代

靜態網站特點：

1、網頁內容一經發布到網站伺服器，無論是否有用戶訪問，每個靜態頁面的內容都是保存在網站伺服器上的。也就是說，靜態網頁是實實在在保存在伺服器上的文件，每個網頁都是一個獨立的文件。

2、靜態網頁的內容相對穩定，因此容易被搜索引擎檢索。

3、 靜態網頁沒有資料庫的支持，在網站製作和維護方面工作量較大，因此當網站信息量很大時完全依靠靜態網頁製作方式比較困難。

4、靜態網頁的交互性較差，在功能方面有較大的限制。

動態網站特點：

1、交互性：網頁會根據用戶的要求和選擇而動態地改變和響應，瀏覽器作為客戶端，成為一個動態交流的橋樑，動態網頁的交互性也是今後web發展的潮流。

2、自動更新：即無須手動更新HTML文檔，便會自動生成新頁面，可以大大節省工作量

3、因時因人而異：即當不同時間、不同用戶訪問同一網址時會出現不同頁面。

動態網頁是與靜態網頁相對應的，靜態網頁的後綴是以 .htm , .html , .shtml , .xml ，動態網頁的後綴是以 .asp , .jsp , .php , .perl , cgi 等形式。在動態網頁網址中有一個標誌性的符號”?”

php底層原理 php是如何運行的

1、PHP動態語言執行過程：拿到一段代碼後，經過詞法解析、語法解析等階段後，源程序會被翻譯成一個個指令（opcodes）,然後ZEND虛擬機順次執行這些指令完成操作。PHP本身是用C實現的，因此最終調用的也是C的函數，實際上，我們可以把PHP看做一個C開發的軟體。

2、PHP的4層運行體系：

（1）Zend引擎：Zend整體用純C實現，是PHP的內核部分，他將PHP代碼翻譯（詞法、語法解析等一系列編譯過程）為可執行opcode的處理並實現相應的處理方法、實現了基本的數據結構（如：hashtable、OO）、內存分配機制及管理、提供了相應的api方法供外部調用，是一切的核心，所有的外圍功能均圍繞Zend實現。

（2）Extensions：圍繞著Zend引擎，extensions通過組件式的方式提供各種基礎服務，我們常見的各種內置函數（array系列）、標準庫等都是通過extension來實現，用戶也可以根據需要實現自己的extension的典型應用）。

（3）Sapi：Sapi全稱ServerApplicationProgrammingInterface，也就是服務端應用編程介面，Sapi通過一系列鉤子函數，使得PHP可以和外圍交互數據，這是PHP非常優雅和成功的設計，通過sapi成功的將PHP本身和上層應用解耦隔離，PHP可以不再考慮如何針對不同應用進行兼容，而應用本身也可以針對自己的特點實現不同的處理方式。

（4）上層應用：這就是我們平時編寫的PHP程序，通過不同的spai方式得到各種各樣的應用模式，如何通過webserver實現web應用、在命令行下已腳本方式運行等等。

php-fpm的工作機制

概括來說，fpm 的實現就是創建一個 master 進程，在 master 進程中創建並監聽 socket，然後 fork 出多個子進程，這些子進程各自 accept 請求，子進程的處理非常簡單，它在啟動後阻塞在 accept 上，有請求到達後開始讀取請求數據，讀取完成後開始處理然後再返回，在這期間是不會接收其它請求的，也就是說 fpm 的子進程同時只能響應一個請求，只有把這個請求處理完成後才會 accept 下一個請求，這一點與 nginx 的事件驅動有很大的區別，nginx 的子進程通過 epoll 管理套接字，如果一個請求數據還未發送完成則會處理下一個請求，即一個進程會同時連接多個請求，它是非阻塞的模型，只處理活躍的套接字。

fpm 的 master 進程與 worker 進程之間不會直接進行通信，master 通過共享內存獲取 worker 進程的信息，比如 worker 進程當前狀態、已處理請求數等，當 master 進程要殺掉一個 worker 進程時則通過發送信號的方式通知 worker 進程。

fpm 可以同時監聽多個埠，每個埠對應一個 worker pool，而每個 pool 下對應多個 worker 進程，類似 nginx 中 server 概念。

在 php-fpm.conf 中通過[pool name]聲明一個 worker pool：

啟動 fpm 後查看進程：

具體實現上 worker pool 通過fpm_worker_pool_s這個結構表示，多個 worker pool 組成一個單鏈表

接下來看下 fpm 的啟動流程，從main()函數開始：

fpm_init()主要有以下幾個關鍵操作：

(1) fpm_conf_init_main():

解析 php-fpm.conf 配置文件，分配 worker pool 內存結構並保存到全局變數中：fpm_worker_all_pools，各 worker pool 配置解析到fpm_worker_pool_s-config中。

(2)fpm_scoreboard_init_main():

分配用於記錄 worker 進程運行信息的共享內存，按照 worker pool 的最大 worker 進程數分配，每個 worker pool 分配一個fpm_scoreboard_s結構，pool 下對應的每個 worker 進程分配一個fpm_scoreboard_proc_s結構。

(3)fpm_signals_init_main():

這裡會通過socketpair()創建一個管道，這個管道並不是用於 master 與 worker 進程通信的，它只在 master 進程中使用，具體用途在稍後介紹 event 事件處理時再作說明。另外設置 master 的信號處理 handler，當 master 收到 SIGTERM、SIGINT、SIGUSR1、SIGUSR2、SIGCHLD、SIGQUIT 這些信號時將調用sig_handler()處理：

(4)fpm_sockets_init_main()

創建每個 worker pool 的 socket 套接字。

(5)fpm_event_init_main():

啟動 master 的事件管理，fpm 實現了一個事件管理器用於管理 IO、定時事件，其中 IO 事件通過 kqueue、epoll、poll、select 等管理，定時事件就是定時器，一定時間後觸發某個事件。

在fpm_init()初始化完成後接下來就是最關鍵的fpm_run()操作了，此環節將 fork 子進程，啟動進程管理器，另外 master 進程將不會再返回，只有各 worker 進程會返回，也就是說fpm_run()之後的操作均是 worker 進程的。

在 fork 後 worker 進程返回了監聽的套接字繼續 main() 後面的處理，而 master 將永遠阻塞在fpm_event_loop()，接下來分別介紹 master、worker 進程的後續操作。

fpm_run()執行後將 fork 出 worker 進程，worker 進程返回main()中繼續向下執行，後面的流程就是 worker 進程不斷 accept 請求，然後執行 PHP 腳本並返回。整體流程如下：

worker 進程一次請求的處理被劃分為 5 個階段：

worker 處理到各個階段時將會把當前階段更新到fpm_scoreboard_proc_s-request_stage，master 進程正是通過這個標識判斷 worker 進程是否空閑的。

接下來我們來看下 master 是如何管理 worker 進程的，首先介紹下三種不同的進程管理方式：

前面介紹到在fpm_run()中 master 進程將進入fpm_event_loop()：

這就是 master 整體的處理，其進程管理主要依賴註冊的幾個事件，接下來我們詳細分析下這幾個事件的功能。

(1)sp[1]管道可讀事件：

在 fpm_init() 階段 master 曾創建了一個全雙工的管道：sp，然後在這裡創建了一個 sp[0] 可讀的事件，當 sp[0] 可讀時將交由 fpm_got_signal() 處理，向 sp[1] 寫數據時 sp[0] 才會可讀，那麼什麼時機會向 sp[1] 寫數據呢？前面已經提到了：當 master 收到註冊的那幾種信號時會寫入 sp[1] 端，這個時候將觸發 sp[0] 可讀事件。

這個事件是 master 用於處理信號的，我們根據 master 註冊的信號逐個看下不同用途：

具體處理邏輯在 fpm_got_signal() 函數中，這裡不再羅列。

(2)fpm_pctl_perform_idle_server_maintenance_heartbeat():

這是進程管理實現的主要事件，master 啟動了一個定時器，每隔 1s 觸發一次，主要用於 dynamic、ondemand 模式下的 worker 管理，master 會定時檢查各 worker pool 的 worker 進程數，通過此定時器實現 worker 數量的控制，處理邏輯如下：

(3)fpm_pctl_heartbeat():

這個事件是用於限制 worker 處理單個請求最大耗時的，php-fpm.conf 中有一個request_terminate_timeout的配置項，如果 worker 處理一個請求的總時長超過了這個值那麼 master 將會向此 worker 進程發送kill -TERM信號殺掉 worker 進程，此配置單位為秒，默認值為 0 表示關閉此機制，另外 fpm 列印的 slow log 也是在這裡完成的。

除了上面這幾個事件外還有一個沒有提到，那就是 ondemand 模式下 master 監聽的新請求到達的事件，因為 ondemand 模式下 fpm 啟動時是不會預創建 worker 的，有請求時才會生成子進程，所以請求到達時需要通知 master 進程，這個事件是在fpm_children_create_initial()時註冊的，事件處理函數為fpm_pctl_on_socket_accept()，具體邏輯這裡不再展開，比較容易理解。

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