FPM(FastCGI Process Manager)是PHP FastCGI運行模式的一個進程管理器，從它的定義可以看出，FPM的核心功能是進程管理，那麼它用來管理什麼進程呢？這個問題就需要從FastCGI說起了。 FastCGI是Web伺服器(如：Nginx、Apache)和處理程式之間的一種 ...
FPM(FastCGI Process Manager)是PHP FastCGI運行模式的一個進程管理器，從它的定義可以看出，FPM的核心功能是進程管理，那麼它用來管理什麼進程呢？這個問題就需要從FastCGI說起了。
FastCGI是Web伺服器(如：Nginx、Apache)和處理程式之間的一種通信協議，它是與Http類似的一種應用層通信協議，註意：它只是一種協議！
前面曾一再強調，PHP只是一個腳本解析器，你可以把它理解為一個普通的函數，輸入是PHP腳本。輸出是執行結果，假如我們想用PHP代替shell，在命令行中執行一個文件，那麼就可以寫一個程式來嵌入PHP解析器，這就是cli模式，這種模式下PHP就是普通的一個命令工具。接著我們又想：能不能讓PHP處理http請求呢？這時就涉及到了網路處理，PHP需要接收請求、解析協議，然後處理完成返回請求。在網路應用場景下，PHP並沒有像Golang那樣實現http網路庫，而是實現了FastCGI協議，然後與web伺服器配合實現了http的處理，web伺服器來處理http請求，然後將解析的結果再通過FastCGI協議轉發給處理程式，處理程式處理完成後將結果返回給web伺服器，web伺服器再返回給用戶，如下圖所示。
PHP實現了FastCGI協議的解析，但是並沒有具體實現網路處理，一般的處理模型：多進程、多線程，多進程模型通常是主進程只負責管理子進程，而基本的網路事件由各個子進程處理，nginx、fpm就是這種模式；另一種多線程模型與多進程類似，只是它是線程粒度，通常會由主線程監聽、接收請求，然後交由子線程處理，memcached就是這種模式，有的也是採用多進程那種模式：主線程只負責管理子線程不處理網路事件，各個子線程監聽、接收、處理請求，memcached使用udp協議時採用的是這種模式。
1.3.2 基本實現
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通過共用記憶體獲取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：
[web1]
listen = 127.0.0.1:9000
...
[web2]
listen = 127.0.0.1:9001
...
啟動fpm後查看進程：ps -aux|grep fpm
root 27155 0.0 0.1 144704 2720 ? Ss 15:16 0:00 php-fpm: master process (/usr/local/php7/etc/php-fpm.conf)
nobody 27156 0.0 0.1 144676 2416 ? S 15:16 0:00 php-fpm: pool web1
nobody 27157 0.0 0.1 144676 2416 ? S 15:16 0:00 php-fpm: pool web1
nobody 27159 0.0 0.1 144680 2376 ? S 15:16 0:00 php-fpm: pool web2
nobody 27160 0.0 0.1 144680 2376 ? S 15:16 0:00 php-fpm: pool web2
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：
struct fpm_worker_pool_s {
struct fpm_worker_pool_s next; //指向下一個worker pool
struct fpm_worker_pool_config_s config; //conf配置:pm、max_children、start_servers...
int listening_socket; //監聽的套接字
...
//以下這個值用於master定時檢查、記錄worker數
struct fpm_child_s *children; //當前pool的worker鏈表
int running_children; //當前pool的worker運行總數
int idle_spawn_rate;
int warn_max_children;
struct fpm_scoreboard_s *scoreboard; //記錄worker的運行信息，比如空閑、忙碌worker數
...}
1.3.3 FPM的初始化
接下來看下fpm的啟動流程，從main()函數開始：
//sapi/fpm/fpm/fpm_main.c
int main(int argc, char *argv[])
{
...
//註冊SAPI:將全局變數sapi_module設置為cgi_sapi_module
sapi_startup(&cgi_sapi_module);
...
//執行php_module_starup()
if (cgi_sapi_module.startup(&cgi_sapi_module) == FAILURE) {
return FPM_EXIT_SOFTWARE;
}
...
//初始化
if(0 > fpm_init(...)){
...
}
...
fpm_is_running = 1;
fcgi_fd = fpm_run(&max_requests);//後面都是worker進程的操作，master進程不會走到下麵
parent = 0;
...}
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記憶體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進程運行信息的共用記憶體，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，各結構的對應關係如下圖。
(3)fpm_signals_init_main():
static int sp[2];
int fpm_signals_init_main()
{
struct sigaction act;
//創建一個全雙工管道
if (0 > socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, sp)) {
return -1;
}
//註冊信號處理handler
act.sa_handler = sig_handler;
sigfillset(&act.sa_mask);
if (0 > sigaction(SIGTERM, &act, 0) ||
0 > sigaction(SIGINT, &act, 0) ||
0 > sigaction(SIGUSR1, &act, 0) ||
0 > sigaction(SIGUSR2, &act, 0) ||
0 > sigaction(SIGCHLD, &act, 0) ||
0 > sigaction(SIGQUIT, &act, 0)) {
return -1;
}
return 0;}
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：
static void sig_handler(int signo)
{
static const char sig_chars[NSIG + 1] = {
[SIGTERM] = 'T',
[SIGINT] = 'I',
[SIGUSR1] = '1',
[SIGUSR2] = '2',
[SIGQUIT] = 'Q',
[SIGCHLD] = 'C'
};
char s;
...
s = sig_chars[signo];
//將信號通知寫入管道sp[1]端
write(sp[1], &s, sizeof(s));
...
}
(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。
int fpm_run(int max_requests)
{
struct fpm_worker_pool_s wp;
for (wp = fpm_worker_all_pools; wp; wp = wp->next) {
//調用fpm_children_make() fork子進程
is_parent = fpm_children_create_initial(wp);
if (!is_parent) {
goto run_child;
}
}
//master進程將進入event迴圈，不再往下走
fpm_event_loop(0);run_child: //只有worker進程會到這裡
*max_requests = fpm_globals.max_requests;
return fpm_globals.listening_socket; //返回監聽的套接字}
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。
1.3.4 請求處理
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：
(1)等待請求： worker進程阻塞在fcgi_accept_request()等待請求；
(2)解析請求： fastcgi請求到達後被worker接收，然後開始接收並解析請求數據，直到request數據完全到達；
(3)請求初始化： 執行php_request_startup()，此階段會調用每個擴展的：PHP_RINIT_FUNCTION()；
(4)編譯、執行： 由php_execute_script()完成PHP腳本的編譯、執行；
(5)關閉請求： 請求完成後執行php_request_shutdown()，此階段會調用每個擴展的：PHP_RSHUTDOWN_FUNCTION()，然後進入步驟(1)等待下一個請求。
int main(int argc, char *argv[])
{
...
fcgi_fd = fpm_run(&max_requests);
parent = 0;
//初始化fastcgi請求
request = fpm_init_request(fcgi_fd);
//worker進程將阻塞在這，等待請求
while (EXPECTED(fcgi_accept_request(request) >= 0)) {
SG(server_context) = (void *) request;
init_request_info();
//請求開始
if (UNEXPECTED(php_request_startup() == FAILURE)) {
...
}
...
fpm_request_executing();
//編譯、執行PHP腳本
php_execute_script(&file_handle);
...
//請求結束
php_request_shutdown((void *) 0);
...
}
...
//worker進程退出
php_module_shutdown();
...}
worker進程一次請求的處理被劃分為5個階段：
FPM_REQUEST_ACCEPTING: 等待請求階段
FPM_REQUEST_READING_HEADERS: 讀取fastcgi請求header階段
FPM_REQUEST_INFO: 獲取請求信息階段，此階段是將請求的method、query stirng、request uri等信息保存到各worker進程的fpm_scoreboard_proc_s結構中，此操作需要加鎖，因為master進程也會操作此結構
FPM_REQUEST_EXECUTING: 執行請求階段
FPM_REQUEST_END: 沒有使用
FPM_REQUEST_FINISHED: 請求處理完成
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。
1.3.5 進程管理
這一節我們來看下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：
static: 這種方式比較簡單，在啟動時master按照pm.max_children配置fork出相應數量的worker進程，即worker進程數是固定不變的
dynamic: 動態進程管理，首先在fpm啟動時按照pm.start_servers初始化一定數量的worker，運行期間如果master發現空閑worker數低於pm.min_spare_servers配置數(表示請求比較多，worker處理不過來了)則會fork worker進程，但總的worker數不能超過pm.max_children，如果master發現空閑worker數超過了pm.max_spare_servers(表示閑著的worker太多了)則會殺掉一些worker，避免占用過多資源，master通過這4個值來控制worker數
ondemand: 這種方式一般很少用，在啟動時不分配worker進程，等到有請求了後再通知master進程fork worker進程，總的worker數不超過pm.max_children，處理完成後worker進程不會立即退出，當空閑時間超過pm.process_idle_timeout後再退出
前面介紹到在fpm_run()master進程將進入fpm_event_loop()：
void fpm_event_loop(int err)
{
//創建一個io read的監聽事件，這裡監聽的就是在fpm_init()階段中通過socketpair()創建管道sp[0]
//當sp[0]可讀時將回調fpm_got_signal()
fpm_event_set(&signal_fd_event, fpm_signals_get_fd(), FPM_EV_READ, &fpm_got_signal, NULL);
fpm_event_add(&signal_fd_event, 0);
//如果在php-fpm.conf配置了request_terminate_timeout則啟動心跳檢查
if (fpm_globals.heartbeat > 0) {
fpm_pctl_heartbeat(NULL, 0, NULL);
}
//定時觸發進程管理
fpm_pctl_perform_idle_server_maintenance_heartbeat(NULL, 0, NULL);
//進入事件迴圈，master進程將阻塞在此
while (1) {
...
//等待IO事件
ret = module->wait(fpm_event_queue_fd, timeout);
...
//檢查定時器事件
...
}}
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：
SIGINT/SIGTERM/SIGQUIT: 退出fpm，在master收到退出信號後將向所有的worker進程發送退出信號，然後master退出
SIGUSR1: 重新載入日誌文件，生產環境中通常會對日誌進行切割，切割後會生成一個新的日誌文件，如果fpm不重新載入將無法繼續寫入日誌，這個時候就需要向master發送一個USR1的信號
SIGUSR2: 重啟fpm，首先master也是會向所有的worker進程發送退出信號，然後master會調用execvp()重新啟動fpm，最後舊的master退出
SIGCHLD: 這個信號是子進程退出時操作系統發送給父進程的，子進程退出時，內核將子進程置為僵屍狀態，這個進程稱為僵屍進程，它只保留最小的一些內核數據結構，以便父進程查詢子進程的退出狀態，只有當父進程調用wait或者waitpid函數查詢子進程退出狀態後子進程才告終止，fpm中當worker進程因為異常原因(比如coredump了)退出而非master主動殺掉時master將受到此信號，這個時候父進程將調用waitpid()查下子進程的退出，然後檢查下是不是需要重新fork新的worker
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：
static void fpm_pctl_perform_idle_server_maintenance(struct timeval now)
{
for (wp = fpm_worker_all_pools; wp; wp = wp->next) {
struct fpm_child_s last_idle_child = NULL; //空閑時間最久的worker
int idle = 0; //空閑worker數
int active = 0; //忙碌worker數
for (child = wp->children; child; child = child->next) {
//根據worker進程的fpm_scoreboard_proc_s->request_stage判斷
if (fpm_request_is_idle(child)) {
//找空閑時間最久的worker
...
idle++;
}else{
active++;
}
}
...
//ondemand模式
if (wp->config->pm == PM_STYLE_ONDEMAND) {
if (!last_idle_child) continue;
fpm_request_last_activity(last_idle_child, &last);
fpm_clock_get(&now);
if (last.tv_sec < now.tv_sec - wp->config->pm_process_idle_timeout) {
//如果空閑時間最長的worker空閑時間超過了process_idle_timeout則殺掉該worker
last_idle_child->idle_kill = 1;
fpm_pctl_kill(last_idle_child->pid, FPM_PCTL_QUIT);
}
continue;
}
//dynamic
if (wp->config->pm != PM_STYLE_DYNAMIC) continue;
if (idle > wp->config->pm_max_spare_servers && last_idle_child) {
//空閑worker太多了，殺掉
last_idle_child->idle_kill = 1;
fpm_pctl_kill(last_idle_child->pid, FPM_PCTL_QUIT);
wp->idle_spawn_rate = 1;
continue;
}
if (idle < wp->config->pm_min_spare_servers) {
//空閑worker太少了，如果總worker數未達到max數則fork
...
}
}}
(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，預設值為0表示關閉此機制，另外fpm列印的slow log也是在這裡完成的。
static void fpm_pctl_check_request_timeout(struct timeval now)
{
struct fpm_worker_pool_s wp;
for (wp = fpm_worker_all_pools; wp; wp = wp->next) {
int terminate_timeout = wp->config->request_terminate_timeout;
int slowlog_timeout = wp->config->request_slowlog_timeout;
struct fpm_child_s *child;
if (terminate_timeout || slowlog_timeout) {
for (child = wp->children; child; child = child->next) {
//檢查當前當前worker處理的請求是否超時
fpm_request_check_timed_out(child, now, terminate_timeout, slowlog_timeout);
}
}
}}
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。
到目前為止我們已經把fpm的核心實現介紹完了，事實上fpm的實現還是比較簡單的。
轉載：https://github.com/pangudashu/php7-internal/blob/master/1/fpm.md
