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TIPI0203-PHP脚本的执行

在前面的章节介绍了PHP的生命周期,PHP的SAPI,这些内容都是处于上层的,在这个下面是对于PHP本身的解析和执行。这一小节我们介绍PHP脚本的执行。

目前的编程语言可以分为两大类:

  • 第一类是像C/C++, .NET, Java之类的编译型语言, 它们的共性是: 运行之前必须对源代码进行编译,然后运行编译后的目标文件.
  • 第二类比如:PHP, Javascript, Ruby, Python这些解释型语言, 他们都无需经过编译即可”运行”. 虽然可以理解为直接运行, 但它们并不是真的直接就被能被机器理解, 机器只能理解机器语言,那这些语言是怎么被执行的呢, 一般这些语言都需要一个解释器, 由解释器来执行这些源码, 实际上这些语言还是会经过编译环节, 只不过它们一般会在运行的时候实时进行编译. 为了效率,并不是所有语言在每次执行的时候都会重新编译一遍, 比如PHP的各种opcode缓存扩展(如APC, xcache, eAccelerator等),比如Python会将编译的中间文件保存成pyc/pyo文件,避免每次运行重新进行编译所带来的性能损失.

PHP的脚本的执行也需要一个解释器, 比如命令行下的php程序,或者apache的mod_php模块等等. 前一节提到了PHP的SAPI接口, 下面就以PHP命令行程序为例解释PHP脚本是怎么被执行的. 例如如下的这段PHP脚本:

<?php
$str = "Hello, Tipi!\n";
echo $str;

假设上面的代码保存在名为hello.php的文件中, 用PHP命令行程序执行这个脚本:

$ php --help  # 显示php程序可以接受的参数
$ php ./hello.php

这段代码的输出显然是Hello, Tipi!, 那么在执行脚本的时候PHP/Zend都做了些什么呢? 这些语句是怎么样让php输出这段话的呢? 下面将一步一步的进行介绍.

程序的执行

  1. 如上例中, 传递给php程序需要执行的文件, php程序完成基本的准备工作后启动PHP及Zend引擎, 加载注册的扩展模块.
  2. 初始化完成后读取脚本文件,Zend引擎对脚本文件进行词法分析,语法分析. 然后编译成opcode 执行. 如果安装了apc之类的opcode缓存, 编译环节可能会被跳过而直接从缓存中读取opcode执行.

脚本的编译执行

PHP在读取到脚本文件后首先对代码进行词法分析, PHP的词法分析器是通过lex生成的, 词法规则文件在$PHP_SRC/Zend/zend_language_scanner.l, 这一阶段lex会会将源代码按照词法规则切分一个一个的标记(token). PHP中提供了一个函数token_get_all(), 该函数接收一个字符串参数, 返回一个按照词法规则切分好的数组. 例如将上面的php代码作为参数传递给这个函数:

<?php
$code =<<<PHP_CODE
<?php
$str = "Hello, Tipi\n";
echo $str;
PHP_CODE;

var_dump(token_get_all($code));

运行上面的脚本你将会看到一如下的输出

array (
  0 =>
  array (
    0 => 368,       // 脚本开始标记
    1 => '<?php     // 匹配到的字符串
',
    2 => 1,
  ),
  1 =>
  array (
    0 => 371,
    1 => ' ',
    2 => 2,
  ),
  2 => '=',
  3 =>
  array (
    0 => 371,
    1 => ' ',
    2 => 2,
  ),
  4 =>
  array (
    0 => 315,
    1 => '"Hello, Tipi
"',
    2 => 2,
  ),
  5 => ';',
  6 =>
  array (
    0 => 371,
    1 => '
',
    2 => 3,
  ),
  7 =>
  array (
    0 => 316,
    1 => 'echo',
    2 => 4,
  ),
  8 =>
  array (
    0 => 371,
    1 => ' ',
    2 => 4,
  ),
  9 => ';',

这也是Zend引擎词法分析做的事情,将代码切分为一个个的标记,然后使用语法分析器(PHP使用yacc生成语法分析器, 规则见$PHP_SRC/Zend/zend_language_parser.y), yacc根据规则进行相应的处理, 如果代码找不到匹配的规则,也就是语法错误时Zend引擎会停止,并输出错误信息. 比如缺少括号,或者不符合语法规则的情况都会在这个环节检查. 在匹配到相应的语法规则后,Zend引擎还会进行编译, 将代码编译为opcode, 完成后,Zend引擎会执行这些opcode, 在执行opcode的过程中还有可能会继续重复进行编译-执行, 例如执行eval,include/require等语句, 因为这些语句还会包含或者执行其他文件或者字符串中的脚本.

例如上例中的echo语句会编译为一条ZEND_ECHO指令, 执行过程中,该指令由C函数zend_print_variable(zval* z)执行,将传递进来的字符串打印出来. 为了方便理解, 本例中省去了一些细节,例如opcode指令和处理函数之间的映射关系等. 后面的章节将会详细介绍.

如果想直接查看生成的Opcode,可以使用php的vld扩展查看。扩展下载地址: http://pecl.php.net/package/vld。Win下需要自己编译生成dll文件。

作者:TIPI团队

TIPI020203-FastCGI

FastCGI简介


什么是CGI

CGI全称是“通用网关接口”(Common Gateway Interface), 它可以让一个客户端,从网页浏览器向执行在Web服务器上的程序,请求数据。 CGI描述了客户端和这个程序之间传输数据的一种标准。 CGI的一个目的是要独立于任何语言的,所以CGI可以用任何一种语言编写,只要这种语言具有标准输入、输出和环境变量。如php,perl,tcl等

什么是FastCGI

FastCGI像是一个常驻(long-live)型的CGI,它可以一直执行着,只要激活后,不会每次都要花费时间去fork一次(这是CGI最为人诟病的fork-and-execute 模式)。它还支持分布式的运算, 即 FastCGI 程序可以在网站服务器以外的主机上执行并且接受来自其它网站服务器来的请求。

FastCGI是语言无关的、可伸缩架构的CGI开放扩展,其主要行为是将CGI解释器进程保持在内存中并因此获得较高的性能。众所周知,CGI解释器的反复加载是CGI性能低下的主要原因,如果CGI解释器保持在内存中并接受FastCGI进程管理器调度,则可以提供良好的性能、伸缩性、Fail- Over特性等等。

FastCGI的工作原理

  1. Web Server启动时载入FastCGI进程管理器(IIS ISAPI或Apache Module)
  2. FastCGI进程管理器自身初始化,启动多个CGI解释器进程(可见多个php-cgi)并等待来自Web Server的连接。
  3. 当客户端请求到达Web Server时,FastCGI进程管理器选择并连接到一个CGI解释器。Web server将CGI环境变量和标准输入发送到FastCGI子进程php-cgi。
  4. FastCGI子进程完成处理后将标准输出和错误信息从同一连接返回Web Server。当FastCGI子进程关闭连接时,请求便告处理完成。FastCGI子进程接着等待并处理来自FastCGI进程管理器(运行在Web Server中)的下一个连接。 在CGI模式中,php-cgi在此便退出了。

PHP中的CGI实现


PHP的cgi实现本质是是以socket编程实现一个tcp或udp协议的服务器,当启动时,创建tcp/udp协议的服务器的socket监听,并接收相关请求进行处理。这只是请求的处理,在此基础上添加模块初始化,sapi初始化,模块关闭,sapi关闭等就构成了整个cgi的生命周期。 程序是从cgi_main.c文件的main函数开始,而在main函数中调用了定义在fastcgi.c文件中的初始化,监听等函数。我们从main函数开始,看看PHP对于fastcgi的实现。

这里将整个流程分为初始化操作,请求处理,关闭操作三个部分。 我们就整个流程进行简单的说明,并在其中穿插介绍一些用到的重要函数。

初始化操作

过程说明见代码注释

/* {{{ main
 */
int main(int argc, char *argv[])
{
...
sapi_startup(&cgi_sapi_module); //  1512行 启动sapi,调用sapi全局构造函数,初始化sapi_globals_struct结构体
... //  根据启动参数,初始化信息

if (cgi_sapi_module.startup(&cgi_sapi_module) == FAILURE) { //  模块初始化 调用php_cgi_startup方法
...
}

...
if (bindpath) {
    fcgi_fd = fcgi_listen(bindpath, 128);   //  实现socket监听,调用fcgi_init初始化
    ...
}

if (fastcgi) {
    ...
    /* library is already initialized, now init our request */
    fcgi_init_request(&request, fcgi_fd);   //  request内存分配,初始化变量
}

fcgi_listen函数主要用于创建、绑定socket并开始监听

    if ((listen_socket = socket(sa.sa.sa_family, SOCK_STREAM, 0)) < 0 ||
        ...
        bind(listen_socket, (struct sockaddr *) &sa, sock_len) < 0 ||
        listen(listen_socket, backlog) < 0) {
        ...
    }

请求处理操作流程

过程说明见代码注释

    while (parent) {
        do {
            pid = fork();   //  生成新的子进程
            switch (pid) {
            case 0: //  子进程
                parent = 0;

                /* don't catch our signals */
                sigaction(SIGTERM, &old_term, 0);   //  终止信号
                sigaction(SIGQUIT, &old_quit, 0);   //  终端退出符
                sigaction(SIGINT,  &old_int,  0);   //  终端中断符
                break;
                ...
                default:
                /* Fine */
                running++;
                break;
        } while (parent && (running < children));

    ...
        while (!fastcgi || fcgi_accept_request(&request) >= 0) {
        SG(server_context) = (void *) &request;
        init_request_info(TSRMLS_C);
        CG(interactive) = 0;
                    ...
            }

在fcgi_accept_request函数中,处理连接请求,忽略受限制客户的请求,调用fcgi_read_request函数(定义在fastcgi.c文件),分析请求的信息,将相关的变量写到对应的变量中。 其中在读取请求内容时调用了safe_read方法。如下所示: [main() -> fcgi_accept_request() -> fcgi_read_request() -> safe_read()]

static inline ssize_t safe_read(fcgi_request *req, const void *buf, size_t count)
{
    size_t n = 0;
    do {
    ... //  省略  对win32的处理
        ret = read(req->fd, ((char*)buf)+n, count-n);   //  非win版本的读操作
    ... //  省略
    } while (n != count);

}

在请求初始化完成,读取请求完毕后,就该处理请求的PHP文件了。假设此次请求为PHP_MODE_STANDARD则会调用php_execute_script执行PHP文件。 在此函数中它先初始化此文件相关的一些内容,然后再调用zend_execute_scripts函数,对PHP文件进行词法分析和语法分析,生成中间代码, 并执行zend_execute函数,从而执行这些中间代码。关于整个脚本的执行请参见第三节 脚本的执行。

关闭操作流程

过程说明代码注释

...
php_request_shutdown((void *) 0);   //  php请求关闭函数
...
fcgi_shutdown();    //  fcgi的关闭 销毁fcgi_mgmt_vars变量
php_module_shutdown(TSRMLS_C);  //  模块关闭    清空sapi,关闭zend引擎 销毁内存,清除垃圾等
sapi_shutdown();    //  sapi关闭  sapi全局变量关闭等
...

参考资料


以下为本篇文章对于一些定义引用的参考资料:

http://www.fastcgi.com/drupal/node/2

http://baike.baidu.com/view/641394.htm

作者:TIPI团队

TIPI020202-嵌入式PHP

从第一章中对PHP源码目录结构的介绍以及PHP生命周期章节中可以看出,嵌入式PHP类似CLI,是SAPI接口的另一种实现。 一般情况下,它的一个请求的生命周期也会和其它的SAPI一样:模块初始化=>请求初始化=>处理请求=>关闭请求=>关闭模块。当然,这只是理想情况。 但是嵌入式PHP的请求可能包括一段或多段代码,这就导致了嵌入式PHP的特殊性。

对于嵌入式PHP或许我们了解比较少,或者说根本用不到,甚至在网上相关的资料也不多, 所幸我们在《Extending and Embedding PHP》这本书上找到了一些资料。 这一小节,我们从这本书的一个示例说起,介绍PHP对于嵌入式PHP的支持以及PHP为嵌入式提供了哪些接口或功能。 首先我们看下所要用到的示例源码:

#include <sapi/embed/php_embed.h>
#ifdef ZTS
    void ***tsrm_ls;
#endif
/* Extension bits */
zend_module_entry php_mymod_module_entry = {
    STANDARD_MODULE_HEADER,
    "mymod", /* extension name */
    NULL, /* function entries */
    NULL, /* MINIT */
    NULL, /* MSHUTDOWN */
    NULL, /* RINIT */
    NULL, /* RSHUTDOWN */
    NULL, /* MINFO */
    "1.0", /* version */
    STANDARD_MODULE_PROPERTIES
};
/* Embedded bits */
static void startup_php(void)
{
    int argc = 1;
    char *argv[2] = { "embed5", NULL };
    php_embed_init(argc, argv PTSRMLS_CC);
    zend_startup_module(&php_mymod_module_entry);
}
static void execute_php(char *filename)
{
    zend_first_try {
        char *include_script;
        spprintf(&include_script, 0, "include '%s'", filename);
        zend_eval_string(include_script, NULL, filename TSRMLS_CC);
        efree(include_script);
    } zend_end_try();
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc <= 1) {
        printf("Usage: embed4 scriptfile";);
        return -1;
    }
    startup_php();
    execute_php(argv[1]);
    php_embed_shutdown(TSRMLS_CC);
    return 0;
}

以上的代码可以在《Extending and Embedding PHP》在第20章找到(原始代码有一个符号错误,有兴趣的童鞋可以去围观下)。 上面的代码是一个嵌入式PHP运行器(我们权当其为运行器吧),在这个运行器上我们可以运行PHP代码。 这段代码包括了对于PHP嵌入式支持的声明,启动嵌入式PHP运行环境,运行PHP代码,关闭嵌入式PHP运行环境。 下面我们就这段代码分析PHP对于嵌入式的支持做了哪些工作。 首先看下第一行:

#include <sapi/embed/php_embed.h>

在sapi目录下的embed目录是PHP对于嵌入式的抽象层所在。在这里有我们所要用到的函数或宏定义。如示例中所使用的php_embed_init,php_embed_shutdown等函数。

第2到4行:

 #ifdef ZTS
    void ***tsrm_ls;
#endif

ZTS是Zend Thread Safety的简写,与这个相关的有一个TSRM(线程安全资源管理)的东东,这个后面的章节会有详细介绍,这里就不再作阐述。

第6到17行:

 zend_module_entry php_mymod_module_entry = {
    STANDARD_MODULE_HEADER,
    "mymod", /* extension name */
    NULL, /* function entries */
    NULL, /* MINIT */
    NULL, /* MSHUTDOWN */
    NULL, /* RINIT */
    NULL, /* RSHUTDOWN */
    NULL, /* MINFO */
    "1.0", /* version */
    STANDARD_MODULE_PROPERTIES
};

以上PHP内部的模块结构声明,此处对于模块初始化,请求初始化等函数指针均为NULL, 也就是模块在初始化及请求开始结束等事件发生的时候不执行任何操作。不过这些操作在sapi/embed/php_embed.c文件中的php_embed_shutdown等函数中有体现。 关于模块结构的定义在zend/zend_modules.h中。

startup_php函数:

static void startup_php(void)
{
    int argc = 1;
    char *argv[2] = { "embed5", NULL };
    php_embed_init(argc, argv PTSRMLS_CC);
    zend_startup_module(&php_mymod_module_entry);
}

这个函数调用了两个函数php_embed_init和zend_startup_module完成初始化工作。 php_embed_init函数定义在sapi/embed/php_embed.c文件中。它完成了PHP对于嵌入式的初始化支持。 zend_startup_module函数是PHP的内部API函数,它的作用是注册定义的模块,这里是注册mymod模块。 这个注册过程仅仅是将所定义的zend_module_entry结构添加到注册模块列表中。

execute_php函数:

static void execute_php(char *filename)
{
    zend_first_try {
        char *include_script;
        spprintf(&include_script, 0, "include '%s'", filename);
        zend_eval_string(include_script, NULL, filename TSRMLS_CC);
        efree(include_script);
    } zend_end_try();
}

从函数的名称来看,这个函数的功能是执行PHP代码的。 它通过调用sprrintf函数构造一个include语句,然后再调用zend_eval_string函数执行这个include语句。 zend_eval_string最终是调用zend_eval_stringl函数,这个函数是流程是一个编译PHP代码,生成zend_op_array类型数据,并执行opcode的过程。 这段程序相当于下面的这段php程序, 这段程序可以用php命令来执行,虽然下面这段程序没有实际意义,而通过嵌入式PHP中,你可以在一个用C实现的 系统中嵌入PHP, 然后用PHP来实现功能。

<?php
if($argc < 2) die("Usage: embed4 scriptfile");

include $argv[1];

main函数:

int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc <= 1) {
        printf("Usage: embed4 scriptfile";);
        return -1;
    }
    startup_php();
    execute_php(argv[1]);
    php_embed_shutdown(TSRMLS_CC);
    return 0;
}

这个函数是主函数,执行初始化操作,根据输入的参数执行PHP的include语句,最后执行关闭操作,返回。 其中php_embed_shutdown函数定义在sapi/embed/php_embed.c文件中。它完成了PHP对于嵌入式的关闭操作支持。包括请求关闭操作,模块关闭操作等。

其它宏

#define PHP_EMBED_START_BLOCK(x,y) { \
    php_embed_init(x, y); \
    zend_first_try {

#endif

#define PHP_EMBED_END_BLOCK() \
  } zend_catch { \
    /* int exit_status = EG(exit_status); */ \
  } zend_end_try(); \
  php_embed_shutdown(TSRMLS_C); \
}

如上两个宏可能会用到你的嵌入式PHP中,从代码中可以看出,它包含了在示例代码中的php_embed_init,zend_first_try,zend_end_try,php_embed_shutdown等 嵌入式PHP中常用的方法。 大量的使用宏也算是PHP源码的一大特色吧,

参与资料

《Extending and Embedding PHP》

作者:TIPI团队