深入剖析PHP7內核源碼（一）- PHP架構與生命周期

PHP7 為什麼這麼快？

• 全新的zval 更節約的空間，棧上分配記憶體
• zend_string 存儲字元串的Hash值,數組查詢的時候不需要進行Hash計算
• 在HashTable桶內直接存數據,減少了記憶體的申請次數,提升了cache命中率和記憶體訪問速度
• zend_parse_parameters改為了巨集實現,性能提升5%
• 增加opcode指令 call_user_function,is_init/string/array,strlen,defined函數變成opcode指令,速度更快
• 排序演算法的改進

PHP7 架構

• Zend 引擎：Zend引擎為PHP提供了基礎服務，包括詞法分析 語法分析 ，AST抽象語法樹編譯 opcodes執行，PHP的變數設計、記憶體管理、進程管理。
• PHP層：綁定了SAPI層並處理與它的通信，它同時對safe_mode和open_basedir的檢測提供一致的控制層，將fopen()、fread()和fwrite()等用戶空間的函數與文件和網路I/O聯繫起來。
• SAPI：包括了cli fpm等，把介面對外介面都抽象出來，只要遵守SAPI協議便可以實現一個server。
• 拓展：zend 引擎提供了核心能力和介面規範，在此基礎上可以開發拓展

這裡的拓展分為了兩種，通常在php.ini中，通過extension=載入的擴展我們稱為PHP擴展，通過zend_extension=載入的擴展我們稱為Zend擴展，但從源碼的角度來講，PHP擴展應該稱為“模塊”（源碼中以module命名），而Zend擴展稱為“擴展”（源碼中以extension命名）。兩者最大的區別在於向引擎註冊的鉤子，向用戶層面提供一些C實現的PHP函數，需要用到zend_module_entry（即作為PHP擴展），而需要hook到Zend引擎的話，就得用到zend_extension（即作為Zend擴展）。

PHP7執行流程

1. 詞法分析，把源代碼切割成多個字元串單元（Token）
2. 語法分析器把Token轉換成AST抽象語法樹
3. 抽象語法樹轉換成opcodes(opcode指令集合)
4. 虛擬機解釋執行執行opcodes(opcode是一組指令標識，對應handler處理函數)

執行實例

詞法分析

<?php 
echo "Hello world";

切割成了4部分

<?php  => #define T_OPEN_TAG 379

echo => #define T_ECHO 328

空格 =>  #define T_WHITESPACE 382

"hello world" => #define T_CONSTANT_ENCAPSED_STRING 323

語法分析

單獨存在的詞塊不能完整表達語義，還需要語法分析器，它會檢查語法，匹配Token，對Token進行關聯，組織串聯後的產物就是AST.AST 分為多種類型,對應PHP語法，比如賦值語句，生成的抽象語法樹節點是ZEND_AST_ASSIGN，賦值語句的左右會被作為ZEND_AST_ASSIGN類型節點的孩子（AST是PHP7才加入的，解耦了編譯器和解釋器）.

opcodes

opcode是PHP執行過程中的中間代碼，生成後由虛擬機執行，生成的opcode是類似下麵的樣子

line     op
1        ECHO
2        RETURN

源碼中對應的opcode及handler

ZEND_ECHO // handler:ZEND_ECHO_SPEC_CONST_HANDLER 實現的功能是輸出"hello world"
ZEND_RETURN  // handler:ZEND_RETURN_SPEC_CONST_HANDLER

PHP 生命周期

CLI生命周期

• php_module_startup:註冊全局變數GPC等，載入內部拓展和外部拓展。
• php_request_startup:重置垃圾回收器，初始化執行器，初始化掃描器，設置超時時間等。
• php_execute_script

=> compile_file
=> open_file_for_scanning(讀取PHP代碼內容,並使詞法分析指針指向第一個位置) 
=> zendparse(詞法分析語法分析後生成AST) => init_op_array(初始化op_array) 
=> zend_compile_top_stmt(把AST轉為op_array) 
=> pass_two(設置op_array對應的zend虛擬機handler) 
=> 生成op_array
=> zend_execute(zend虛擬機中執行op_array)

• php_request_shutdown:調用所有關閉函數,調用所有析構函數，輸出緩衝區內容,重置最大執行時間,關閉輸出層(HTTP頭等),釋放所有request的全局變數
• php_module_shutdown:調用module對應的flush函數,清理持久化的符號表,銷毀全局變數,關閉所有拓展,關閉記憶體管理,關閉輸出output,析構垃圾回收

FPM模式的生命周期

• FPM跟CLI模式不同的是，FPM是常駐記憶體的，所以php_module_startup只在啟動進程的時候做一次初始化，對應的php_module_shutdown也只做一次。
• 進入迴圈,調用fcgi_accept_request(accept) 阻塞等待，如果請求進來，則進入php_request_startup，初始化請求，同時加了鎖來防止驚群效應

fcgi.c 
...
FCGI_LOCK(req->listen_socket); 
req->fd = accept(listen_socket, (struct sockaddr *)&sa, &len);
FCGI_UNLOCK(req->listen_socket);

引用

• PHP7的性能優化總結 https://blog.csdn.net/eebaicai/article/details/83629547
• PHP擴展與Zend擴展區別 http://yangxikun.github.io/php/2016/07/10/php-zend-extension.html
• 《PHP7 底層設計與源碼實現》 陳雷等