零基础学习PHP编程——详解Apache的MPM及常用的PHP模式

详解Apache的MPM及常用的PHP模式

注意： 本文主要来源于网上的文章（详见参考资料），介绍了Apache多处理模块，以及Apache常用的PHP模式。

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一、Apache的多处理模块MPM

Apache HTTP 服务器被设计为一个功能强大，并且灵活的 web 服务器， 可以在很多平台与环境中工作。不同平台和不同的环境往往需要不同 的特性，或可能以不同的方式实现相同的特性最有效率。Apache 通过模块化的设计来适应各种环境。这种设计允许网站管理员通过在 编译时或运行时，选择哪些模块将会加载在服务器中，来选择服务器特性。

Apache 2.0 扩展此模块化设计到最基本的 web 服务器功能。 它提供了可以选择的多处理模块(MPM)，用来绑定到网络端口上，接受请求， 以及调度子进程处理请求。

扩展到这一级别的服务器模块化设计，带来两个重要的好处:

Apache 能更优雅，更高效率的支持不同的平台。尤其是 Apache 的 Windows 版本现在更有效率了，因为 mpm_winnt 能使用原生网络特性取代在 Apache 1.3 中使用的 POSIX 层。它也可以扩展到其它平台 来使用专用的 MPM。

Apache 能更好的为有特殊要求的站点定制。例如，要求 更高伸缩性的站点可以选择使用线程的 MPM，即 worker 或 event； 需要可靠性或者与旧软件兼容的站点可以使用 prefork。

在用户看来，MPM 很像其它 Apache 模块。主要是区别是，在任何时间， 必须有且只有一个 MPM模块被加载到服务器中。可用的 MPM 列表位于 模块索引页面（http://httpd.apache.org/docs/2.2/mod/）。

1.1 选择 MPM

MPM 必须在编译之前，配置时指定，然后编译到服务器程序中。 仅当编译器知道使用了线程时，它才有能力优化许多函数。

为了使用指定的 MPM，请在执行 configure 时，使用参数 –with-mpm=NAME。NAME 是指定的 MPM 名称。

编译完成后，可以使用 ./httpd -l 来确定选择的 MPM。 此命令会列出编译到服务器程序中的所有模块，包括 MPM。

默认 MPM

下表列出了不同系统的默认 MPM。如果你不在编译时选择，那么它就是你将要使用的 MPM。

BeOS    beos
Netware    mpm_netware
OS/2    mpmt_os2
Unix    prefork
Windows    mpm_winnt

常见的MPM模块有以下几种：

beos
This Multi-Processing Module is optimized for BeOS.

event
An experimental variant of the standard worker MPM

mpm_netware
Multi-Processing Module implementing an exclusively threaded web server optimized for Novell NetWare

mpmt_os2
Hybrid multi-process, multi-threaded MPM for OS/2

prefork
Implements a non-threaded, pre-forking web server

mpm_winnt
This Multi-Processing Module is optimized for Windows NT.

worker
Multi-Processing Module implementing a hybrid multi-threaded multi-process web server

1.2 Linux上Apache支持的三种MPM模式

Apache2.4.25总共支持三种MPM（多进程处理模块）模式，分别是Prefork、worker及event，这三种模式代表了Apache的演变和发展。

Apache2.2中，默认启用prefork模式，同时引进了实验性质的event模式；

Apache2.4中，正式支持并且默认使用了event模式。并且可以在编译的时候增加了选项enable-mpms-shared来编译MPM并在编译后可以动态加载。

可以通过apachectl -V查看当前Apache的工作模式，比如在Apache2.2.31上查看：

Server version: Apache/2.2.31 (Unix)
Server built:   Dec 25 2016 07:02:07
Server’s Module Magic Number: 20051115:40
Server loaded:  APR 1.5.2, APR-Util 1.5.4
Compiled using: APR 1.5.2, APR-Util 1.5.4
Architecture:   64-bit
Server MPM:     Prefork
threaded:     no
forked:     yes (variable process count)

在Apache2.4.25上查看：

$ /usr/local/apache24/bin/httpd -V
Server version: Apache/2.4.18 (Unix)
Server built:   Feb 18 2016 02:28:26
Server’s Module Magic Number: 20120211:52
Server loaded:  APR 1.5.2, APR-UTIL 1.5.4
Compiled using: APR 1.5.2, APR-UTIL 1.5.4
Architecture:   64-bit
Server MPM:     event
threaded:     yes (fixed thread count)
forked:     yes (variable process count)

1.3 Prefork MPM详解

Prefork MPM实现了一个非线程、预派生的工作模式。它在Apache启动之初，就会预派生一些子进程，然后等待连接。可以减少频繁创建和销毁进程的开销，每个子进程只有一个线程。它成熟稳定，可以兼容新老模块，也不需要担心线程安全问题。但是一个进程相对地占用更多的资源，消耗大量内存，不擅长处理高并发的场景。

   
StartServers          5
MinSpareServers       5
MaxSpareServers      10
MaxClients          150
MaxRequestsPerChild   0

MaxClients设定Apache可同时处理的请求数量，其对Apache性能的影响非常打。默认的150远远不能满足一般站点(ps -ef | grep httpd | wc -l)，超过这个数量的请求需要排队，直到前面的请求处理完毕。如果我们发现系统资源还剩很多，但是HTTP访问却很缓慢，大多数时候增加这个值可以得到缓解。
这个值的计算公式可以参考：

apache_max_process_with_good_perfermance < (total_hardware_memory / apache_memory_per_process ) * 2 ；

apache_max_process = apache_max_process_with_good_perfermance * 1.5 ；

其中httpd平均占用内存：

ps aux|grep -v grep|awk ‘/httpd/{sum+=$6;n++};END{print sum/n}’

MaxRequestsPerChild这个值的含义是处理多少个请求后该进程自动销毁，默认值0意味着永不销毁。当负载较高时，为了使每个进程处理更多的请求，避免销毁、创建进程的开销，一般建议设置为0或较大的数字。但是也要注意可能会造成进程占用的内存不能得到释放，所以这个值不能设置得太大，也不能太小，大了会影响资源的释放，小了会导致Apache不断地fork进程。

建议值：1分钟pv（访问量）/MaxClients

1.4 worker MPM详解

与Prefork工作模式相比，worker使用了多进程和多线程的混合模式，worker模式也同样会预派生一些子进程，然后每个子进程创建一些线程，同时包括一个监听线程，每个请求过来会被分配到一个线程来服务。线程比进程更加轻量级，因为线程通常会共享父进程的内存地址的，因此内存占用会减少一些。

同时如果一个线程异常挂了，会导致父进程和它的其他正常子线程都挂了，这样也只会影响Apache的一部分，而不是整个服务。

缺点使必须考虑线程安全性，因为多个子进程是共享父进程的内存地址的。如果使用keep-alive的长连接方式，某个线程会被一直占据，也许中间没有任何请求，需要等到超时才会被释放。如果过多的线程被这样占据，也会导致在高并发下的无服务线程可用。

1.5 event MPM详解

和worker工作模式很像，最大的区别是event模式解决了在keep-alive场景下，长期被占用的线程的资源浪费问题，在event MPM中，会有一个专门的线程来管理这些keep-alive线程，当有真实请求过来的时候，将请求传递给服务线程，执行完毕后，又允许它释放，这样增强了在高并发场景下的请求处理能力。

二、Apache采用的PHP模式

在搭建 LAMP/LNMP 服务器时，会经常遇到 PHP-FPM、FastCGI和CGI 这几个概念。如果对它们一知半解，很难搭建出高性能的服务器，接下来我们就以图形方式，解释这些概念之间的关系。

在整个网站架构中，Web Server（如Apache）只是内容的分发者。举个栗子，如果客户端请求的是 index.html，那么Web Server会去文件系统中找到这个文件，发送给浏览器，这里分发的是静态数据。

如果请求的是 index.php，根据配置文件，Web Server知道这个不是静态文件，需要去找 PHP 解析器来处理，那么他会把这个请求简单处理，然后交给PHP解析器。
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。这就是一个完整的动态PHP Web访问流程，接下来再引出这些概念，就好理解多了，

CGI：是 Web Server 与 Web Application 之间数据交换的一种协议。

FastCGI：同 CGI，是一种通信协议，但比 CGI 在效率上做了一些优化。同样，SCGI 协议与 FastCGI 类似。

PHP-CGI：是 PHP （Web Application）对 Web Server 提供的 CGI 协议的接口程序。

PHP-FPM：是 PHP（Web Application）对 Web Server 提供的 FastCGI 协议的接口程序，额外还提供了相对智能一些任务管理。

在WEB 中，

Web Server 一般指Apache、Nginx、IIS、Lighttpd、Tomcat等服务器，
Web Application 一般指PHP、Java、Asp.net等应用程序。

2.1 Module方式

在了解 CGI 之前，我们先了解一下Web server 传递数据的另外一种方法：PHP Module加载方式。以 Apache 为例，在PHP Module方式中，是不是在 Apache 的配置文件 httpd.conf 中加上这样几句：

加入以下2句
LoadModule php5_module D:/php/php5apache2_2.dll
AddType application/x-httpd-php .php

修改如下内容

DirectoryIndex index.php index.html

上面是 Windows 下安装php和apache环境后手动配置，在linux下源码安装大致是这样配置的：

./configure –with-mysql=/usr/local –with-apache=/usr/local/apache –enable-track-vars

所以，这种方式，他们的共同本质都是用 LoadModule 来加载 php5_module，就是把php作为apache的一个子模块来运行。当通过web访问php文件时，apache就会调用php5_module来解析php代码。

那么php5_module是怎么来将数据传给php解析器来解析php代码的呢？答案是通过sapi。

我们再来看一张图，详细的说说apache 与 php 与 sapi的关系：

从上面图中，我们看出了sapi就是这样的一个中间过程，SAPI提供了一个和外部通信的接口，有点类似于socket，使得PHP可以和其他应用进行交互数据（apache，nginx等）。php默认提供了很多种SAPI，常见的提供给apache和nginx的php5_module、CGI、FastCGI，给IIS的ISAPI，以及Shell的CLI。

所以，以上的apache调用php执行的过程如下：

apache -> httpd -> php5_module -> sapi -> php

好了。apache与php通过php5_module的方式就搞清楚了吧！

这种模式将php模块安装到apache中，所以每一次apache结束请求，都会产生一条进程，这个进程就完整的包括php的各种运算计算等操作。

在上图中，我们很清晰的可以看到，apache每接收一个请求，都会产生一个进程来连接php通过sapi来完成请求，可想而知，如果一旦用户过多，并发数过多，服务器就会承受不住了。

而且，把mod_php编进apache时，出问题时很难定位是php的问题还是apache的问题。

2.2 CGI

CGI（Common Gateway Interface）全称是“通用网关接口”，WEB 服务器与PHP应用进行“交谈”的一种工具，其程序须运行在网络服务器上。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。

WEB服务器会传哪些数据给PHP解析器呢？URL、查询字符串、POST数据、HTTP header都会有。所以，CGI就是规定要传哪些数据，以什么样的格式传递给后方处理这个请求的协议。仔细想想，你在PHP代码中使用的用户从哪里来的。

也就是说，CGI就是专门用来和 web 服务器打交道的。web服务器收到用户请求，就会把请求提交给cgi程序（如php-cgi），cgi程序根据请求提交的参数作应处理（解析php），然后输出标准的html语句，返回给web服服务器，WEB服务器再返回给客户端，这就是普通cgi的工作原理。

CGI的好处就是完全独立于任何服务器，仅仅是做为中间分子。提供接口给apache和php。他们通过cgi搭线来完成数据传递。这样做的好处了尽量减少2个的关联，使他们2变得更独立。

但是CGI有个蛋疼的地方，就是每一次web请求都会有启动和退出过程，也就是最为人诟病的fork-and-execute模式，这样一在大规模并发下，就死翘翘了。

2.3 FastCGI介绍

FastCGI简单介绍
从根本上来说，FastCGI是用来提高CGI程序性能的。类似于CGI，FastCGI也可以说是一种协议。

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。它还支持分布式的运算, 即 FastCGI 程序可以在网站服务器以外的主机上执行，并且接受来自其它网站服务器来的请求。

FastCGI是语言无关的、可伸缩架构的CGI开放扩展，其主要行为是将CGI解释器进程保持在内存中，并因此获得较高的性能。众所周知，CGI解释器的反复加载是CGI性能低下的主要原因，如果CGI解释器保持在内存中，并接受FastCGI进程管理器调度，则可以提供良好的性能、伸缩性、Fail- Over特性等等。

FastCGI的工作原理
FastCGI接口方式采用C/S结构，可以将HTTP服务器和脚本解析服务器分开，同时在脚本解析服务器上启动一个或者多个脚本解析守护进程。当HTTP服务器每次遇到动态程序时，可以将其直接交付给FastCGI进程来执行，然后将得到的结果返回给浏览器。这种方式可以让HTTP服务器专一地处理静态请求，或者将动态脚本服务器的结果返回给客户端，这在很大程度上提高了整个应用系统的性能。

Web Server启动时载入FastCGI进程管理器（Apache Module或IIS ISAPI等)
FastCGI进程管理器自身初始化，启动多个CGI解释器进程(可建多个php-cgi)，并等待来自Web Server的连接。
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。
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Web Server中)的下一个连接。 在CGI模式中，php-cgi在此便退出了。
FastCGI与CGI特点：

对于CGI来说，每一个Web请求PHP都必须重新解析php.ini、重新载入全部扩展，并重新初始化全部数据结构。而使用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。
由于FastCGI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。

2.4 PHP-FPM介绍

要了解PHP-FPM，就得先说说PHP-CGI。

PHP-CGI就是PHP实现的自带的FastCGI管理器。 虽然是php官方出品，但是这丫的却一点也不给力，性能太差，而且也很麻烦不人性化，主要体现在：

php-cgi变更php.ini配置后，需重启php-cgi才能让新的php-ini生效，不可以平滑重启。
直接杀死php-cgi进程，php就不能运行了。
上面2个问题，一直让很多人病垢了很久，所以很多人一直还是在用 Module 方式。 直到 2004年一个叫 Andrei Nigmatulin的屌丝发明了PHP-FPM ，这神器的出现就彻底打破了这种局面，这是一个PHP专用的 fastcgi 管理器，它很爽的克服了上面2个问题，而且，还表现在其他方面更表现强劲。

也就是说，PHP-FPM 是对于 FastCGI 协议的具体实现，他负责管理一个进程池，来处理来自Web服务器的请求。目前，PHP5.3版本之后，PHP-FPM是内置于PHP的。

因为PHP-CGI只是个CGI程序，他自己本身只能解析请求，返回结果，不会进程管理。所以就出现了一些能够调度 php-cgi 进程的程序，比如说由lighthttpd分离出来的spawn-fcgi。同样，PHP-FPM也是用于调度管理PHP解析器php-cgi的管理程序。

PHP-FPM通过生成新的子进程可以实现php.ini修改后的平滑重启。

2.5 PHP运行模式总结

最后，我们来总结一下，这些技术经过不断的升级，可以解决什么问题（不然也不会升级嘛）,所以，如果要搭建一个高性能的PHP WEB服务器，目前最佳的方式是Apache/Nginx + FastCGI + PHP-FPM(+PHP-CGI)方式了，不要再使用 Module加载或者 CGI 方式）

主要资料

多处理模块(MPM)

CGI、FastCGI和PHP-FPM关系图解    https://www.awaimai.com/371.html

Apache性能优化之MPM选择和配置   https://blog.csdn.net/ccscu/article/details/70182476

[好文]mod_php和mod_fastcgi和php-fpm的介绍,对比,和性能数据