PHP-FPM三种运行模式

学习总结

• static 静态模式，启动的时候创建固定数量的worker 进程，实际请求大于worker进程的时候 包warning

• ondemand 按需分配模式，启动的时候不会创建worker进程，根据需要创建，释放在idle_timeout之后

  ​ 这样不能及时的释放连接和建立连接需要消耗资源

• dynamic 动态模式（默认）：启动的时候创建指定数量的worker进程，根据情况合理的worker，定期检查worker，关闭闲置连接

PHP-FPM & FastCGI

1. PHP-FPM(FastCGI Process Manager)是一个PHPFastCGI进程管理器，从其英文名称和定义可以看出，FPM的核心功能就是进程管理。

2. FastCGI可以理解为一种协议，用于web服务器（nginx、Apache）和处理程序间进行通信，是一种应用层通信协议。

3. 工作原理大致如下图
   

fpm的基本实现

1. fpm创建master进程，在master进程中创建work pool并监听socket，然后fork出多个子进程（work），这些work在启动后阻塞fcgi_accept_request()上，各自accept请求，有请求到达后worker开始读取请求数据，读取完成后开始处理然后再返回，在这期间是不会接收其它请求的，也就是说fpm的子进程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。
2. fpm的master与work进程间不会直接通讯，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，master要杀死worker进程也是通过发送信号
3. pm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, 在php-fpm.conf中可以配置多个，例如：
   [web1]
   listen:127.0.0.1:9000
   [web2]
   listen:127.0.0.1:9001
   

php生命周期

PHP在web方式中如何改了文件就立即生效的，重要的几个概念：

● sapi: 可以简单的理解为php引擎对外的一个统一接口，使得php可以和外部程序进行交互

● php的生命周期中关键四个调用: MINT -> RINT -> RSHUTDOWN -> MSHUTDOWN

​ 数据初始化（mint）==》请求初始化（rint） ==》编译脚本（rshuntdown） ==》执行代码（mshutdown）

● fpm: fastcgi进程管理器

FPM 流程

fpm通过sapi接口与php进程交互

1.fpm启动会调用各扩展的MINT方法，进行一些数据初始化（长驻内存）

2.每个请求过来，先会执行RINT对单个请求行一个初始化

3.执行php脚本（在没有缓存opcode的情况下，这里的php脚本是动态执行的，所以更新php脚本后，会执行新的php脚本，详情不在这里叙述）

4.执行RSHUTDOWN方法

5.如果你要停止fpm了，才会执行MSHUTDOWN

fpm对每个请求的处理都是一直在在重复执行 2~4步，在第三步中，php的脚本是动态执行的，由于每次都要执行一次php脚本，而每次php脚本都要有一个把php文件翻译成opcode的流程（比较耗时）, 于是就产生的opcache工具。

opcache

直接把php翻译后的opcode代码树保存到共享内存中，以便直接使用，从而减少每次都把php翻译成opcode的开销。

opcache的问题: 按照他的描述，修改了php文件，并不能立即被更新。

opcache的解决方案: 有一个配置来设置隔多长时间检测文件是否更新了，从而有机会在第二步重新来reload相关的文件。

当然，直接reload fpm，从而达到php热更新的效果（opcache扩展可以在第四步把相关的opcode cache给清空）。

work 工作流程

worker的工作流程包含以下几个步骤

1. 等待请求：fcgi_accept_request()阻塞等待请求
2. 接收请求：fastcgi请求到达后被worker接收并解析，一直到完全接收，然后将method、query、uri等信息保存到worker进程的fpm_scoreboard_proc_s结构中
3. 初始化请求：php_request_startup()执行，此步骤会调用每个扩展的PHP_RINIT_FUNCTION方法，初始化一些操作
4. 处理请求（编译、执行）：php代码编译执行阶段，由 php_execute_script方法完成
5. 关闭请求：返回响应，执行php_request_shutdown方法关闭请求，然后进入第一步继续等待请求，此步骤会执行每个扩展的PHP_RSHUTDOWN_FUNCTION进行一些收尾工作

int main(int argc, char *argv[])
{
    ...变量定义，参数初始化
    //注册SAPI
    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(...)){
        //记录日志并退出
        return FPM_EXIT_CONFIG;
    }
    ...
    fpm_is_running = 1;//fpm运行状态标识
    fcgi_fd = fpm_run(&max_requests);//进程初始化,调用fork()创建work进程
     ...
    fcgi_init_request(&request, fcgi_fd); //初始化请求;
    //此阶段的php_request_startup()会调用每个扩展的：PHP_RINIT_FUNCTION()；
    if (UNEXPECTED(php_request_startup() == FAILURE)) {
    ...
    }
    ...
    php_fopen_primary_script(&file_handle TSRMLS_CC); //打开脚本; 
    ...
    php_execute_script(&file_handle TSRMLS_CC); //执行脚本; 
    ...
    //worker进程退出
    php_module_shutdown();
    ...
}

PHP-FPM运行三种模式

PHP7 默认是

pm=dynamic
pm.max_children=50

fpm.conf 参数

• pm.start_servers = 5

  动态方式下的起始php-fpm进程数量

  只有当pm的配置为dynamic时候才会有效如果为static，会忽略此参数

  php启动的时候，开启子进程的数量。具体的子进程的数量会根据请求的变化发生变化，但是最大不会超过pm.max_children配置的数值。

  min_spare_servers + (max_spare_servers - min_spare_servers) / 2；
  一般而言，设置成10-20之间的数据足够满足需求了。

• pm.max_children = 50

  表示php-fpm能启动的子进程的最大数

  static下只有这一个参数生效

  计算方式

  一般来说一台服务器正常情况下每一个php-cgi所耗费的内存在20M~30M左右，因此我的”max_children”我设置成40个，20M*40=800M也就是说在峰值的时候所有PHP-CGI所耗内存在800M以内，低于我的有效内存2Gb。

  而如果我 的”max_children”设置的较小，比如5-10个，那么php-cgi就会“很累“，处理速度也很慢，等待的时间也较长，占用的CPU也很高。

  如果长时间没有得到处理的请求就会出现 504 Gateway Time-out 这个错误，而正在处理的很累的那几个php-cgi如果遇到了问题就会出现 502 Bad gateway 这个错误。

  max_children较好的设置方式根据req/s（吞吐率，单位时间里服务器处理的最大请求数，单位req/s）来设置，若程序是 100 req/s 的处理能力，那么就设置 100比较好，这是动态来调整的。

• pm.max_spare_servers

  动态方式下空闲状态最大php-fpm数量

  pm.max_spare_servers的值只能小于等于pm.max_children

  系统会在php-fpm运行开始时启动pm.start_servers个php-fpm进程，然后根据系统的需求动态在pm.min_spare_servers和pm.max_spare_servers之间调整php-fpm进程数。

• pm.process_idle_timeout = 10s

  worker 空闲多少秒之后被kill，按需分配模式dynamic

  默认10s

• pm.max_requests=500

  每个进程处理多少个请求之后自动终止，可以有效防止内存溢出，如果为0则不会自动终止，默认为0#设置每个子进程重生之前服务的请求数. 对于可能存在内存泄漏的第三方模块来说是非常有用的. 如果设置为 ‘0’ 则一直接受请求. 等同于 PHP_FCGI_MAX_REQUESTS 环境变量. 默认值: 0

• pm.status_path

  注册的URI，以展示php-fpm状态的统计信息

  在php-fpm.conf中打开
  在nginx中配置
  server {
      ......
  	
      # 在 server 中添加以下配置
      location = /status {
  	include fastcgi_params;
  	fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;
  	fastcgi_param SCRIPT_FILENAME $fastcgi_script_name;
      }
  	
      .....
  }
  

  

  pool – fpm池子名称，大多数为www
  process manager – 进程管理方式,值：static, dynamic or ondemand. dynamic
  start time – 启动日期,如果reload了php-fpm，时间会更新
  start since – 运行时长
  accepted conn – 当前池子接受的请求数
  listen queue – 请求等待队列，如果这个值不为0，那么要增加FPM的进程数量
  max listen queue – 请求等待队列最高的数量
  listen queue len – socket等待队列长度
  idle processes – 空闲进程数量
  active processes – 活跃进程数量
  total processes – 总进程数量
  max active processes – 最大的活跃进程数量（FPM启动开始算）
  max children reached - 进程最大数量限制的次数，如果这个数量不为0，那说明你的最大进程数量太小了，请改大一点。
  slow requests – 启用了php-fpm slow-log，缓慢请求的数量

• ping.path

  ping url，可以用来测试php-fpm是否存活并可以响应

• ping.response
  ping url的响应正文返回为 HTTP 200 的 text/plain 格式文本. 默认值: pong.
  ping.response = pong
  11）pid = run/php-fpm.pid
  #pid设置，默认在安装目录中的var/run/php-fpm.pid，建议开启

• error_log = log/php-fpm.log
  #错误日志，默认在安装目录中的var/log/php-fpm.log

• log_level = notice
  #错误级别. 可用级别为: alert（必须立即处理）, error（错误情况）, warning（警告情况）, notice（一般重要信息）, debug（调试信息）. 默认: notice.

• emergency_restart_threshold = 60
  emergency_restart_interval = 60s
  #表示在emergency_restart_interval所设值内出现SIGSEGV或者SIGBUS错误的php-cgi进程数如果超过 emergency_restart_threshold个，php-fpm就会优雅重启。这两个选项一般保持默认值。

• process_control_timeout = 0
  #设置子进程接受主进程复用信号的超时时间. 可用单位: s(秒), m(分), h(小时), 或者 d(天) 默认单位: s(秒). 默认值: 0.

• daemonize = yes
  #后台执行fpm,默认值为yes，如果为了调试可以改为no。在FPM中，可以使用不同的设置来运行多个进程池。 这些设置可以针对每个进程池单独设置。

• listen = 127.0.0.1:9000
  #fpm监听端口，即nginx中php处理的地址，一般默认值即可。可用格式为: ‘ip:port’, ‘port’, ‘/path/to/unix/socket’. 每个进程池都需要设置.

• listen.backlog = -1
  #backlog数，-1表示无限制，由操作系统决定，此行注释掉就行。 19）listen.allowed_clients = 127.0.0.1
  #允许访问FastCGI进程的IP，设置any为不限制IP，如果要设置其他主机的nginx也能访问这台FPM进程，listen处要设置成本地可被访问的IP。默认值是any。每个地址是用逗号分隔. 如果没有设置或者为空，则允许任何服务器请求连接
  listen.owner = www
  listen.group = www
  listen.mode = 0666

• #unix socket设置选项，如果使用tcp方式访问，这里注释即可。
  user = www
  group = www
  #启动进程的帐户和组

• request_terminate_timeout = 0
  #设置单个请求的超时中止时间. 该选项可能会对php.ini设置中的’max_execution_time’因为某些特殊原因没有中止运行的脚本有用. 设置为 ‘0’ 表示 ‘Off’.当经常出现502错误时可以尝试更改此选项。

• request_slowlog_timeout = 10s
  #当一个请求该设置的超时时间后，就会将对应的PHP调用堆栈信息完整写入到慢日志中. 设置为 ‘0’ 表示 ‘Off’

• slowlog = log/$pool.log.slow
  #慢请求的记录日志,配合request_slowlog_timeout使用

• rlimit_files = 1024
  #设置文件打开描述符的rlimit限制. 默认值: 系统定义值默认可打开句柄是1024，可使用 ulimit -n查看，ulimit -n 2048修改。

• rlimit_core = 0
  #设置核心rlimit最大限制值. 可用值: ‘unlimited’ 、0或者正整数. 默认值: 系统定义值.

• chroot =
  #启动时的Chroot目录. 所定义的目录需要是绝对路径. 如果没有设置, 则chroot不被使用.

• chdir =
  #设置启动目录，启动时会自动Chdir到该目录. 所定义的目录需要是绝对路径. 默认值: 当前目录，或者/目录（chroot时）

• catch_workers_output = yes
  #重定向运行过程中的stdout和stderr到主要的错误日志文件中. 如果没有设置, stdout 和 stderr 将会根据FastCGI的规则被重定向到 /dev/null . 默认值: 空.

static 静态模式

php-fpm启动的时候，创建固定的worker数量

该模式比较简单，在启动时按照配置pm.max_children启动固定数量的的进程，这些进程阻塞进行请求的接收
方法执行流程：
fpm_run()->fpm_children_create_initial()->fpm_children_make()
启动fpm的时候会调用fpm_run方法，而fpm_run方法内部会调用子进程初始化方法fpm_children_create_initial，
在该方法内部会调用fpm_children_make方法创建worker进程。

php-fpm启动采用固定大小数量的worker，在运行期间也不会扩容，虽然也有1秒的定时器，仅限于统计一些状态信息，例如空闲worker个数，活动worker个数，网络连接队列长度等信息。

配置

pm=static
pm.max_children=3

static的时候只有这个参数生效

方法执行流程：
fpm_run()->fpm_children_create_initial()->fpm_children_make()
启动fpm的时候会调用fpm_run方法，而fpm_run方法内部会调用子进程初始化方法fpm_children_create_initial，
在该方法内部会调用fpm_children_make方法创建worker进程

原理

配置项要求

1、pm.max_children> 0 必须配置，且只有这一个参数生效

优缺点

如果配置成static，只需要考虑max_children的数量，数量取决于cpu的个数和应用的响应时间，我司配置的是50。

我司不考虑动态的增加减少那么十几个或者几十个worker，我们的内存没有紧张到这个程度，所以，我们一步到位，把worker数配置到支持最大流量，（哈哈，50也是随便定的，足矣足矣呢）

ondemand 按需分配模式

pm = ondemand
pm.process_idle_timeout = 60 #worker 空闲多少秒之后被kill，按需分配模式dynamic
pm.max_children=3

原理

ondemand原理图

\1. 从上图可以看出，新建worker的触发条件是连接的到来，而不是实际的请求（例如，只进行连接比如telnet，不发请求数据也会新建worker）

\2. worker的数量受限于pm.max_children配置，同时受限全局配置process.max（准确的说，三种模式都受限于全局配置）

3.1秒定时器作用

找到空闲worker，如果空闲时间超过pm.process_idle_timeout大小，关闭。这个机制可能会关闭所有的worker。

配置项要求

\1. pm.max_children> 0

\2. pm.process_idle_timeout> 0，如果不设置，默认10s

优缺点

优点：按流量需求创建，不浪费系统资源（在硬件如此便宜的时代，这个优点略显鸡肋）

缺点：由于php-fpm是短连接的，所以每次请求都会先建立连接，建立连接的过程必然会触发上图的执行步骤，所以，在大流量的系统上master进程会变得繁忙，占用系统cpu资源，不适合大流量环境的部署

代码流程

ondemand模式，运行流程和第一步相同，不同之处是在第二个函数中不会分配work进程，而是注册了一个事件回调函数fpm_pctl_on_socket_accept(),部分代码如下：

if (wp->config->pm == PM_STYLE_ONDEMAND) { 
 	wp->ondemand_event = (struct fpm_event_s *)malloc(sizeof(struct fpm_event_s));   
  	......   
 	memset(wp->ondemand_event, 0, sizeof(struct fpm_event_s));    
  	fpm_event_set(wp->ondemand_event,wp->listening_socket,FPM_EV_READ|FPM_EV_EDGE,fpm_pctl_on_socket_accept, wp);    
  	......
}

以上代码片段只保留了部分本文所需要的内容

ondemand模式work进程的创建，回调函数fpm_pctl_on_socket_accept()的部分代码如下：

if (wp->running_children >= wp->config->pm_max_children) {   //判断进程数是否超过最大限制
       ......    
       return;
}
for (child = wp->children; child; child = child->next) { 
   //fpm_request_is_idle函数返回return proc->request_stage == FPM_REQUEST_ACCEPTING
   if (fpm_request_is_idle(child)) { 
       return;   // FPM_REQUEST_ACCEPTING代表处于等待请求阶段
 }
}
...... 
fpm_children_make(wp, 1, 1, 1);//创建work进程

ondemand模式work进程的关闭
PFM注册了一个定时事件fpm_pctl_perform_idle_server_maintenance_heartbeat检查当前模式下work进程的运行情况，当空闲进程等待请求时间超过pm_process_idle_timeout后，会对最后一个空闲worker进程发出关闭信号，此操作由主进程进行处理，部分代码如下：

if (wp->config->pm == PM_STYLE_ONDEMAND) {
    struct timeval last, now;    
    if (!last_idle_child) continue;//最后一个idle进程
     ......
    // last.tv_sec为上次接收请求的时间
    if (last.tv_sec < now.tv_sec - wp->config->pm_process_idle_timeout) {
        last_idle_child->idle_kill = 1;
        fpm_pctl_kill(last_idle_child->pid, FPM_PCTL_QUIT);
    }
    continue;
}

dynamic模式：动态模式

dynamic模式，启动时分配固定数量的work进程，然后随着请求的增加会增加进程数，此模式下几个重要的配置项如下：

max_children 最大进程数
pm_max_spare_servers 允许最大的空闲进程数
min_spare_servers 允许最小的空闲进程数
start_servers 启动时的进程数

执行过程和ondemand模式类似，启动时主进程都会创建一个定时事件来定时检查work的运行状况，不同的是dynamic模式初始化的时候会创建一定数量的进程，而ondemand模式不会创建

配置

pm = dynamic
pm.max_children = 3
pm.start.servers = 2
pm.min_spare_servers = 1
pm.max_spare_servers = 6

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原理

dynamic原理图

\1. 1秒定时器作用

检查空闲worker数量，按照一定策略动态调整worker数量，增加或减少。增加时，worker最大数量<=max_children· <=全局process.max；减少时，只有idle >pm.max_spare_servers时才会关闭一个空闲worker。

idle > pm.max_spare_servers，关闭启动时间最长的一个worker，结束本次处理

idle >= pm.max_children，打印WARNING日志，结束本次处理

idle < pm.max_children，计算一个num值，然后启动num个worker，结束本次处理

配置项要求

\1. pm.min_spare_servers/pm.max_spare_servers有效范围(0,pm.max_children]

\2. pm.max_children> 0

\3. pm.min_spare_servers<=pm.max_spare_servers

\4. pm.start_servers有效范围[pm.min_spare_servers,pm.max_spare_servers]如果没有配置，默认pm.min_spare_servers + (pm.max_spare_servers - pm.min_spare_servers) / 2

优缺点

优点：动态扩容，不浪费系统资源，master进程设置的1秒定时器对系统的影响忽略不计；

缺点：如果所有worker都在工作，新的请求到来只能等待master在1秒定时器内再新建一个worker，这时可能最长等待1s；

总结

• static 静态模式，启动的时候创建固定数量的worker 进程，实际请求大于worker进程的时候 包warning

• ondemand 按需分配模式，启动的时候不会创建worker进程，根据需要创建，释放在idle_timeout之后

  ​ 这样不能及时的释放连接和建立连接需要消耗资源

• dynamic 动态模式（默认）：启动的时候创建指定数量的worker进程，根据情况合理的worker，定期检查worker，关闭闲置连接

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