深入理解PHP内核（二）之SAPI探究

在上篇文章给大家介绍了深入了解php内核(一)，相信大家通过本文多多少少都学到些知识吧，关于php内核知识继续关注本篇文章。

sapi是server application programming interface（服务器应用编程接口）的缩写。php通过sapi提供了一组接口，供应用和php内核之间进行数据交互。

简单的讲，就像函数的输入和输出一样，我们通过linux命令行执行一段php代码，本质是linux的shell通过php的sapi传入一组参数，zend引擎执行后，返回给shell，由shell显示出来的过程。同样的，通过apache调用php，通过web服务器给sapi传入数据，zend引擎执行后，返回给apache，由apache显示在页面上。

图1. php架构图

php提供很多种形式的接口，包括apache、apache2filter、apache2handler、caudium、cgi 、cgi-fcgi、cli、cli-server、continuity、embed、isapi、litespeed、milter、nsapi、phttpd pi3web、roxen、thttpd、tux和webjames。但是常用的只有5种形式，cli/cgi（命令行）、multiprocess（多进程）、multithreaded（多线程）、fastcgi和embedded（内嵌）。

php提供了一个函数查看当前sapi接口类型：

string php_sapi_name ( void )

php的运行和加载

无论使用哪种sapi，在php执行脚本前后，都包含一系列事件：module的init(mint)和shutdown(mshutdown)，request 的init(rint)和shutdown(rshutdown)。 第一阶段是php模块初始化阶段（mint），可以初始化扩展内部变量、分配资源和注册资源处理器，在整个php实例生命周期内，该过程只执行一次。

什么是php模块？通过上面的php架构图，在php中可以使用get_loaded_extensions 函数来查看所有编译并加载的模块/扩展，相当于cli模式下的php -m。

以php的memcached扩展源代码为例：

php_minit_function(memcached) { 
 zend_class_entry ce; 
 memcpy(&memcached_object_handlers,zend_get_std_object_handlers(), sizeof(zend_object_handlers)); 
memcached_object_handlers.clone_obj = null; /* 执行了一些类似的初始化操作 */ 
return success; 
}

第二阶段是请求初始化阶段（rint），在模块初始化并激活后，会创建php运行环境，同时调用所有模块注册的rint函数，调用每个扩展的请求初始化函数 ，设定特定的环境变量、分配资源或执行其他任务，如审核。

php_rinit_function(memcached) { 
 /* 执行一些关于请求的初始化 */ 
 return success; 
}

第三阶段，请求处理完成后，会调用php_rshutdown_function进行回收，这是每个扩展的请求关闭函数，执行最后的清理工作。zend引擎执行清理过程、垃圾收集、对之前的请求期间用到的每个变量执行unset。请求完成可能是执行到脚本完成，也可能是调用die()或exit()函数完成

第四阶段，当php生命周期结束时候，php_mshutdown_function对模块进行回收处理，这是每个扩展的模块关闭函数，用于关闭自己的内核子系统。

php_mshutdown_function(memcached) { /* 执行关于模块的销毁工作 */ unregister_ini_entries(); return success; }

常见的运行模式

常见的sapi模式有五种：

cli和cgi模式（单进程模式）
多进程模式
多线程模式
fastcgi模式
嵌入式

1. cli/cgi模式

cli和cgi都属于单进程模式，php的生命周期在一次请求中完成。也就是说每次执行php脚本，都会执行第二部分讲的四个int和shutdown事件。

 

图2. cgi/cli生命周期

2. 多进程模式（multiprocess）

多进程模式可以将php内置到web server中，php可以编译成apache下的prefork mpm模式和apxs模块，当apache启动后，会fork很多子进程，每个子进程拥有自己独立的进程地址空间。

 

图3. 多进程模式生命周期

在一个子进程中，php的生命周期是调用mint启动后，执行多次请求（rint/rshutdown)，在apache关闭或进程结束后，才会调用mshutdown进行回收阶段。 
 

图4. 多进程的生命周期

多进程模型中，每个子进程都是独立运行，没有代码和数据共享，因此一个子进程终止退出和重新生成，不会影响其他子进程的稳定。

3. 多线程模式（multithreaded)

apache2的worker mpm采用了多线程模型，在一个进程下创建多个线程，在同一个进程地址空间执行。

图5. 多线程生命周期

4. fastcgi模式

在我们用的nginx+php-fpm用的就是fastcgi模式，fastcgi是一种特殊的cgi模式，是一种常驻进程类型的cgi，运行后可以fork多个进程，不用花费时间动态的fork子进程，也不需要每次请求都调用mint/mshutdown。php通过php-fpm来管理和调度fastcgi的进程池。nginx和php-fpm通过本地的tcp socket和unix socket 进行通信。

图6. fastcgi模式生命周期

php-fpm进程管理器自身初始化，启动多个cgi解释器进程等待来自nginx的请求。当客户端请求达到php-fpm，管理器选择到一个cgi进程进行处理，nginx将cgi环境变量和标准输入发送到一个php-cig子进程。php-cgi子进程处理完成后，将标准输出和错误信息返回给nginx，当php-cgi子进程关闭连接时，请求处理完成。php-cgi子进程等待着下一个连接。

可以想象cgi的系统开销有多大。每一个web 请求php都必须重新解析php.ini、载入全部扩展并始化全部数据结构。使用fastcgi，所有这些都只在进程启动时发生一次。另外，对于数据库和memcache的持续连接可以工作。

5. 内嵌模式（embedded）

embed sapi是一种特殊的sapi，允许在c/c++语言中调用php提供的函数。这种sapi和cli模式一样，按照module init => request init => request => request shutdown => module shutdown的模式运行。

embed sapi可以调用php丰富的类库，也可以实现高级玩法，比如可以查看php的opcode（php执行的中间码，zend引擎的指令，由php代码生成）。

详细请见：

sapi的运行机制

我们以cgi为例，看一下sapi的运行机制。

static sapi_module_struct cgi_sapi_module = { 
 "cgi-fcgi",   /* 输出给php_info()使用 */ "cgi/fastcgi",   /* pretty name */ 
 php_cgi_startup,  /* startup 当sapi初始化时，首先会调用该函数 */ 
 php_module_shutdown_wrapper, /* shutdown 关闭函数包装器，它用来释放所有的sapi的数据结构、内存等，调用php_module_shutdown */ 
 sapi_cgi_activate,  /* activate 此函数会在每个请求开始时调用，它会做初始化，资源分配 */ 
 sapi_cgi_deactivate,  /* deactivate 此函数会在每个请求结束时调用，它用来确保所有的数据都得到释放 */ 
 sapi_cgi_ub_write,  /* unbuffered write 不缓存的写操作(unbuffered write)，它是用来向sapi外部输出数据 */ 
 sapi_cgi_flush,   /* flush 刷新输出，在cli模式下通过使用c语言的库函数fflush实现*/ null,    /* get uid */ 
 sapi_cgi_getenv,  /* getenv 根据name查找环境变量 */ 
 php_error,   /* error handler 注册错误处理函数 */ 
 null,    /* header handler php调用header()时候被调用 */ 
 sapi_cgi_send_headers,  /* send headers handler 发送头部信息*/ 
 null,    /* send header handler 发送一个单独的头部信息 */ 
 sapi_cgi_read_post,  /* read post data 当请求的方法是post时，程序获取post数据，写入$_post数组 */ 
 sapi_cgi_read_cookies,  /* read cookies 获取cookie值 */ 
 sapi_cgi_register_variables, /* register server variables 给$_server添加环境变量 */ 
 sapi_cgi_log_message,  /* log message 输出错误信息 */ 
 null,    /* get request time */ 
 null,    /* child terminate */ 
 standard_sapi_module_properties 
}; 

由上面代码可见，php的sapi像是面向对象中基类，sapi.h和sapi.c包含的函数是抽象基类的声明和定义，各个服务器用的sapi模式，则是继承了这个基类，并重新定义基类方法的子类。

总结

php的sapi是zend引擎提供的一组标准交互接口，通过注册初始化、析构、输入、输出等接口，我们可以将应用程序运行在zend引擎上，也可以把php嵌入到类似apache的web server中。php常见的sapi模式有五种，cgi/cli模式、多进程模式、多线程模式、fastcgi模式和内嵌模式。

了解php的sapi机制意义重大，帮助我们理解php的生命周期，并了解如何更好的通过c/c++为php编写扩展，并在生命周期中找到提高系统性能的方式。