PHP7内核实现原理-启动过程

FPM 启动和初始化 worker 的过程

代码在源码 /sapi/fpm/fpm/fpm_main.c 中

• fpm_conf_init_main() 函数解析 php-fpm.conf 配置文件，分配 worker pool 的内存空间。每个worker pool 用结构体 fpm_worker_pool_s 表示，每个 pool 中的有一个 fpm_scoreboard_s 结构体，用来管理具体一个 worker
• fpm_scoreboard_init_main() 函数分配每个 worker 的内存，在 pool 的 fpm_scoreboard_s 结构体中，每个 worker 使用 fpm_scoreboard_proc_s 结构体表示
• 之后 master 给每个 worker pool 创建 socket、注册监听的信号等。

即解析 php-fpm.conf → 初始化worker pool→ 初始化worker

关系类似：fpm_worker_pool_s(fpm_scoreboard_s(fpm_scoreboard_proc_s))

FPM worker/PHP 处理请求的过程

• 等待请求：worker 阻塞在 fcgi_accept_request 函数等待请求到来。
• 解析请求：FastCGI 接到请求并解析请求数据。
• 请求初始化：执行 php_request_startup 此阶段会调用每个扩展的：PHP_RINIT_FUNCTION 函数 即 RINIT。
• 编译、执行：由 php_execute_script 完成 PHP 脚本的编译、执行
• 关闭请求：请求完成后执行 php_request_shutdown ，此阶段会调用每个扩展的：PHP_RSHUTDOWN_FUNCTION 即 RSHUTDOWN，重新进入下一轮等待。

// master执行本函数 创建并初始化worker
int fpm_run(int *max_requests)
{
    struct fpm_worker_pool_s *wp;
    for (wp = fpm_worker_all_pools; wp; wp = wp->next) {
        //调用fpm_children_make() fork子进程
        is_parent = fpm_children_create_initial(wp);
        
        if (!is_parent) {
            goto run_child;
        }
    }
    //master进程将进入event循环，不再往下走
    fpm_event_loop(0);

run_child: //只有worker进程会到这里

    *max_requests = fpm_globals.max_requests;
    return fpm_globals.listening_socket; //返回监听的套接字
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    ...
    fcgi_fd = fpm_run(&max_requests);
    parent = 0;

    //初始化fastcgi请求
    request = fpm_init_request(fcgi_fd);
    
    //worker进程将阻塞在这，等待请求
    while (EXPECTED(fcgi_accept_request(request) >= 0)) {
        SG(server_context) = (void *) request;
        init_request_info();
        
        //请求开始 RINIT
        if (UNEXPECTED(php_request_startup() == FAILURE)) {
            ...
        }
        ...

        fpm_request_executing();
        //编译、执行PHP脚本
        php_execute_script(&file_handle);
        ...
        //请求结束 RSHUTDOWN
        php_request_shutdown((void *) 0);
        ...
    }
    ...
    //worker进程退出 MSHUTDOWN
    php_module_shutdown();
    ...
}

PHP 执行的几个阶段或生命周期

从请求放宽到整个 PHP 的执行阶段，在上面请求的处理前后，增加模块的初始化和关闭阶段：

• 模块初始化 php_module_startup MINIT

  • 初始化各个模块
  • 初始化部分全局变量和常量
  • 解析php.ini
  • 初始化 Zend 引擎和核心组件

• 请求初始化 php_request_startup RINIT

  • 重置垃圾回收
  • 初始化编译器、执行器、扫描器等

• 执行 PHP 脚本 php_execute_script EXEC

  • 词法分析，得到 tokens
  • 语法分析 得到 抽象语法树 AST
  • 编译成 opcodes
  • 执行 opcodes

• 请求结束 php_request_shutdown RSHUTDOWN

  • 销毁request相关的全局变量
  • 关闭编译器、执行器
  • 还原ini配置

• 模块关闭 php_module_shutdown MSHUTDOWN

  • 销毁全局变量
  • 关闭所有扩展、垃圾回收、内存管理等

Token、AST 和 opcodes 之间的关系

PHP 代码 => Token => 抽象语法树 => Opcodes => 执行

• 源代码通过词法分析得到 Token
  Token 是 PHP 代码被切割成的有意义的标识。PHP7 一共有 137 种 Token，在 zend_language_parser.h 文件中做了定义。
• 基于语法分析器将 Token 转换成抽象语法树（AST）
  Token 就是一个个的词块，但是单独的词块不能表达完整的语义，还需要借助一定的规则进行组织串联。所以就需要语法分析器根据语法匹配 Token，将 Token 进行串联。语法分析器串联完 Token 后的产物就是抽象语法树（AST，Abstract Syntax Tree）。
  AST 是 PHP7 版本的新特性，之前版本的 PHP 代码的执行过程中是没有生成 AST 这一步的。它的作用主要是实现了 PHP 编译器和解释器的解耦，提升了可维护性。
• 将语法树转换成 Opcode
  需要将语法树转换成 Opcode，才能被引擎直接执行。
• 执行 Opcodes
  opcodes 是 opcode 的集合形式，是 PHP 执行过程中的中间代码。PHP 工程优化措施中有一个比较常见的 “开启 opcache”，指的技术这里将 opcodes 进行缓存。通过省去从源码到 opcode 的阶段，引擎直接执行缓存好的 opacode，以提升性能。

Token 例子

如下代码中，经过第一部词法分析后得到一些token

php -r 'print_r(Token_get_all("

输出：

Array
(
    [0] => Array
        (
            [0] => 379
            [1] =>  1
        )

    [1] => Array
        (
            [0] => 328
            [1] => echo
            [2] => 1
        )

    [2] => Array
        (
            [0] => 382
            [1] =>
            [2] => 1
        )

    [3] => Array
        (
            [0] => 323
            [1] => "hello"
            [2] => 1
        )

    [4] => ;
    [5] => Array
        (
            [0] => 382
            [1] =>
            [2] => 1
        )

)

Token_get_all 函数可以打印解析的 token。数组的第一个值为 Token 对应的枚举值。第二个值为 Token 对应的原始字符串内容。第三个值为代码对应的行号。可以看出，词法解析器将 “

AST 抽象语法树

之后生成 AST 抽象语法树，可理解为对语法的一种抽象，再用 AST 生成 opcodes，是 opcode 的集合，交给 zend 执行。如这样一段代码：

生成的 AST 大概这个意思：

如果使用 php-parser 解析生成 AST，结果这样：

array(
    0: Stmt_Expression(
        expr: Expr_Assign(
            var: Expr_Variable(
                name: a
            )
            expr: Scalar_LNumber(
                value: 1
            )
        )
    )
    1: Stmt_Expression(
        expr: Expr_Assign(
            var: Expr_Variable(
                name: b
            )
            expr: Expr_BinaryOp_Plus(
                left: Expr_Variable(
                    name: a
                )
                right: Scalar_LNumber(
                    value: 2
                )
            )
        )
    )
    2: Stmt_Echo(
        exprs: array(
            0: Expr_Variable(
                name: b
            )
        )
    )
)

opcode

PHP 是构建在 Zend 虚拟机(Zend VM)之上的，PHP 的 opcode 就是 Zend 虚拟机中的指令。

在 php_execute_script 执行脚本阶段，会先经过词法分析，得到 tokens，之后进行语法分析，之后得到 opcode，最后交给执行器执行 opcode。

使用 vld 扩展可查看生成的 opcode

php -dvld.active=1 b.php

附加-程序执行的词法分析和语法分析介绍

词法分析是把 PHP 代码分割成一个个的“单元”（TOKEN），语法分析则将这些“单元”转化为 Zend Engine 可执行的操作。然后 PHP 内部的 Zend Engine 对这些操作进行顺次的执行。

词法分析和语法分析一般按使用 Lex 和 Yacc 来实现。

• Lex（Lexical Analyzer）主要用于做词法分析
• Yacc（Yet Another Compiler-Compiler）主要用来做语法分析

关于 lex yacc 的解释：https://www.cnblogs.com/hdk1993/p/4922801.html

系列文章《Python解释器源码剖析》https://www.cnblogs.com/traditional/p/11511685.html

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