深入理解php底層之php生命周期

1、PHP的運行模式

 PHP兩種運行模式是WEB模式、CLI模式。無論哪種模式,PHP工作原理都是一樣的,作為一種SAPI運行。

1、當我們在終端敲入php這個命令的時候,它使用的是CLI。

它就像一個web服務器一樣來支持php完成這個請求,請求完成後再重新把控制權交給終端。

2、當使用Apache或者別web服務器作為宿主時,當一個請求到來時,PHP會來支持完成這個請求。一般有:

  • 多進程(通常編譯為apache的模塊來處理PHP請求)
  •  多線程模式

2、一切的開始: SAPI接口

通常我們編寫php Web程序都是通過Apache或者Nginx這類Web服務器來測試腳本. 或者在命令行下通過php程序來執行PHP腳本. 執行完成腳本後,服務器應答,瀏覽器顯示應答信息,或者在命令結束後在標準輸出顯示內容. 我們很少關心PHP解釋器在哪裡. 雖然通過Web服務器和命令行程序執行腳本看起來很不一樣. 實際上她們的工作是一樣的. 命令行程序和Web程序類似, 命令行參數傳遞給要執行的腳本,相當於通過url 請求一個PHP頁面. 腳本戳裡完成後返回響應結果,隻不過命令行響應的結果是顯示在終端上. 腳本執行的開始都是通過SAPI接口進行的. 

啟動apache

當給定的SAPI啟動時,例如在對/usr/local/apache/bin/apachectl start的響應中,PHP由初始化其內核子系統開始。在接近啟動例程的末尾,它加載每個擴展的代碼並調用其模塊初始化例程(MINIT)。這使得每個擴展可以初始化內部變量、分配資源、註冊資源處理器,以及向ZE註冊自己的函數,以便於腳本調用這其中的函數時候ZE知道執行哪些代碼。

請求處理初始化

接下來,PHP等待SAPI層請求要處理的頁面。對於CGI或CLI等SAPI,這將立刻發生且隻發生一次。對於Apache、IIS或其他成熟的web服務器SAPI,每次遠程用戶請求頁面時都將發生,因此重復很多次,也可能並發。不管請求如何產生,PHP開始於要求ZE建立腳本的運行環境,然後調用每個擴展的請求初始化 (RINIT)函數。RINIT使得擴展有機會設定特定的環境變量,根據請求分配資源,或者執行其他任務,如審核。 session擴展中有個RINIT作用的典型示例,如果啟用瞭session.auto_start選項,RINIT將自動觸發用戶空間的session_start()函數以及預組裝$_SESSION變量。

執行php代碼

一旦請求被初始化瞭,ZE開始接管控制權,將PHP腳本翻譯成符號,最終形成操作碼並逐步運行之。如任一操作碼需要調用擴展的函數,ZE將會把參數綁定到該函數,並且臨時交出控制權直到函數運行結束。

腳本結束

腳本運行結束後,PHP調用每個擴展的請求關閉(RSHUTDOWN)函數以執行最後的清理工作(如將session變量存入磁盤)。接下來,ZE執行清理過程(垃圾收集)-有效地對之前的請求期間用到的每個變量執行unset()。

sapi關閉

一旦完成,PHP繼續等待SAPI的其他文檔請求或者是關閉信號。對於CGI和CLI等SAPI,沒有“下一個請求”,所以SAPI立刻開始關閉。關閉期間,PHP再次遍歷每個擴展,調用其模塊關閉(MSHUTDOWN)函數,並最終關閉自己的內核子系統。

簡要的過程如下:

1. PHP是隨著Apache的啟動而運行的;
2. PHP通過mod_php5.so模塊和Apache相連(具體說來是SAPI,即服務器應用程序編程接口);
3. PHP總共有三個模塊:內核、Zend引擎、以及擴展層;
4. PHP內核用來處理請求、文件流、錯誤處理等相關操作;
5. Zend引擎(ZE)用以將源文件轉換成機器語言,然後在虛擬機上運行它;
6. 擴展層是一組函數、類庫和流,PHP使用它們來執行一些特定的操作。比如,我們需要mysql擴展來連接MySQL數據庫;
7. 當ZE執行程序時可能會需要連接若幹擴展,這時ZE將控制權交給擴展,等處理完特定任務後再返還;
8. 最後,ZE將程序運行結果返回給PHP內核,它再將結果傳送給SAPI層,最終輸出到瀏覽器上。

3、PHP的開始和結束階段

開始階段有兩個過程:

第一個過程:apache啟動的過程,即在任何請求到達之前就發生。是在整個SAPI生命周期內(例如Apache啟動以後的整個生命周期內或者命令行程序整個執行過程中)的開始階段(MINIT),該階段隻進行一次.。啟動Apache後,PHP解釋程序也隨之啟動; PHP調用各個擴展(模塊)的MINIT方法,從而使這些擴展切換到可用狀態。看看php.ini文件裡打開瞭哪些擴展吧; MINIT的意思是“模塊初始化”。各個模塊都定義瞭一組函數、類庫等用以處理其他請求。 模塊在這個階段可以進行一些初始化工作,例如註冊常量, 定義模塊使用的類等等.典型的的模塊回調函數MINIT方法如下:

PHP_MINIT_FUNCTION(myphpextension) { /* Initialize functions, classes etc */ }
{
    // 註冊常量或者類等初始化操作
    return SUCCESS; 
}

第二個過程發生在請求階段,當一個頁面請求發生時.則在每次請求之前都會進行初始化過程(RINIT請求開始).

請求到達之後,SAPI層將控制權交給PHP層,PHP初始化本次請求執行腳本所需的環境變量,例如創建一個執行環境,包括保存php運行過程中變量名稱和變量值內容的符號表. 以及當前所有的函數以及類等信息的符號表.例如是Session模塊的RINIT,如果在php.ini中啟用瞭Session 模塊,那在調用該模塊的RINIT時就會初始化$_SESSION變量,並將相關內容讀入;  然後PHP會調用所有模塊RINIT函數,即“請求初始化”。 在這個階段各個模塊也可以執行一些相關的操作, 模塊的RINIT函數和MINIT函數類似 ,RINIT方法可以看作是一個準備過程,在程序執行之間就會自動啟動。

PHP_RINIT_FUNCTION(myphpextension)
{
    // 例如記錄請求開始時間
    // 隨後在請求結束的時候記錄結束時間.這樣我們就能夠記錄下處理請求所花費的時間瞭
    return SUCCESS; 
}

結束階段分為兩個環節: 請求處理完後就進入瞭結束階段, 一般腳本執行到末尾或者通過調用exit()或者die()函數,PHP都將進入結束階段. 和開始階段對應,結束階段也分為兩個環節,一個在請求結束後(RSHUWDOWN),一個在SAPI生命周期結束時(MSHUTDOWN).

第一個環節:請求處理完後結束階段:請求處理完後就進入瞭結束階段,PHP就會啟動清理程序。它會按順序調用各個模塊的RSHUTDOWN方法。 RSHUTDOWN用以清除程序運行時產生的符號表,也就是對每個變量調用unset函數。典型的RSHUTDOWN方法如下:

PHP_RSHUTDOWN_FUNCTION(myphpextension)
{
    // 例如記錄請求結束時間, 並把相應的信息寫入到日至文件中.
    return SUCCESS; 
}

第二個環節:最後,所有的請求都已處理完畢,SAPI也準備關閉瞭, PHP調用每個擴展的MSHUTDOWN方法,這是各個模塊最後一次釋放內存的機會。(這個是對於CGI和CLI等SAPI,沒有“下一個請求”,所以SAPI立刻開始關閉。)

典型的RSHUTDOWN方法如下:

PHP_MSHUTDOWN_FUNCTION(extension_name) { 
    /* Free handlers and persistent memory etc */ 
    return SUCCESS; 
}

這樣,整個PHP生命周期就結束瞭。要註意的是,隻有在服務器沒有請求的情況下才會執行“啟動第一步”和“關閉第二步”。

SAPI運行PHP都經過下面幾個階段:
1、模塊初始化階段(Module init)     :
即調用每個拓展源碼中的的PHP_MINIT_FUNCTION中的方法初始化模塊,進行一些模塊所需變量的申請,內存分配等。
2、請求初始化階段(Request init)  :
即接受到客戶端的請求後調用每個拓展的PHP_RINIT_FUNCTION中的方法,初始化PHP腳本的執行環境。
3、執行PHP腳本
4、請求結束(Request Shutdown) 
這時候調用每個拓展的PHP_RSHUTDOWN_FUNCTION方法清理請求現場,並且ZE開始回收變量和內存。
5、關閉模塊(Module shutdown)     :
Web服務器退出或者命令行腳本執行完畢退出會調用拓展源碼中的PHP_MSHUTDOWN_FUNCTION 方法

4、單進程SAPI生命周期

CLI/CGI模式的PHP屬於單進程的SAPI模式。這類的請求在處理一次請求後就關閉。也就是隻會經過如下幾個環節: 開始 – 請求開始 – 請求關閉 – 結束 SAPI接口實現就完成瞭其生命周期。如圖所示:

5、多進程SAPI生命周期

通常PHP是編譯為apache的一個模塊來處理PHP請求。Apache一般會采用多進程模式, Apache啟動後會

fork出多個子進程,每個進程的內存空間獨立,每個子進程都會經過開始和結束環節, 不過每個進程的開始階

段隻在進程fork出來以來後進行,在整個進程的生命周期內可能會處理多個請求。 隻有在Apache關閉或者進程

被結束之後才會進行關閉階段,在這兩個階段之間會隨著每個請求重復請求開始-請求關閉的環節。 

如圖所示:

6、多線程的SAPI生命周期

多線程模式和多進程中的某個進程類似,不同的是在整個進程的生命周期內會並行的重復著 請求開始-請求關閉的環節

在這種模式下,隻有一個服務器進程在運行著,但會同時運行很多線程,這樣可以減少一些資源開銷,向Module init和Module shutdown就隻需要運行一遍就行瞭,一些全局變量也隻需要初始化一次,因為線程獨具的特質,使得各個請求之間方便的共享一些數據成為可能。

 多線程工作方式如下圖

7、Apache一般使用多進程模式prefork

在linux下使用#http –l 命令可以查看當前使用的工作模式。也可以使用#apachectl -l命令。
看到的prefork.c,說明使用的prefork工作模式。

prefork 進程池模型,用在 UNIX 和類似的系統上比較多,主要是由於寫起來方便,也容易移植,還不容易出問題。要知道,如果采用線程模型的話,用戶線程、內核線程和混合型線程有不同的特性,移植起來就麻煩。prefork 模型,即預先 fork() 出來一些子進程緩沖一下,用一個鎖來控制同步,連接到來瞭就放行一個子進程,讓它去處理。

prefork MPM 使用多個子進程,每個子進程隻有一個線程。每個進程在某個確定的時間隻能維持一個連接。在大多數平臺上,Prefork MPM在效率上要比Worker MPM要高,但是內存使用大得多。prefork的無線程設計在某些情況下將比worker更有優勢:他能夠使用那些沒有處理好線程安全的第三方模塊,並 且對於那些線程調試困難的平臺而言,他也更容易調試一些。

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