深入剖析PHP7内核源码（一）- PHP架构与生命周期

PHP7 为什么这么快？

• 全新的zval 更节约的空间，栈上分配内存
• zend_string 存储字符串的Hash值,数组查询的时候不需要进行Hash计算
• 在HashTable桶内直接存数据,减少了内存的申请次数,提升了cache命中率和内存访问速度
• zend_parse_parameters改为了宏实现,性能提升5%
• 增加opcode指令 call_user_function,is_init/string/array,strlen,defined函数变成opcode指令,速度更快
• 排序算法的改进

PHP7 架构

• Zend 引擎：Zend引擎为PHP提供了基础服务，包括词法分析 语法分析 ，AST抽象语法树编译 opcodes执行，PHP的变量设计、内存管理、进程管理。
• PHP层：绑定了SAPI层并处理与它的通信，它同时对safe_mode和open_basedir的检测提供一致的控制层，将fopen()、fread()和fwrite()等用户空间的函数与文件和网络I/O联系起来。
• SAPI：包括了cli fpm等，把接口对外接口都抽象出来，只要遵守SAPI协议便可以实现一个server。
• 拓展：zend 引擎提供了核心能力和接口规范，在此基础上可以开发拓展

这里的拓展分为了两种，通常在php.ini中，通过extension=加载的扩展我们称为PHP扩展，通过zend_extension=加载的扩展我们称为Zend扩展，但从源码的角度来讲，PHP扩展应该称为“模块”（源码中以module命名），而Zend扩展称为“扩展”（源码中以extension命名）。两者最大的区别在于向引擎注册的钩子，向用户层面提供一些C实现的PHP函数，需要用到zend_module_entry（即作为PHP扩展），而需要hook到Zend引擎的话，就得用到zend_extension（即作为Zend扩展）。

PHP7执行流程

1. 词法分析，把源代码切割成多个字符串单元（Token）
2. 语法分析器把Token转换成AST抽象语法树
3. 抽象语法树转换成opcodes(opcode指令集合)
4. 虚拟机解释执行执行opcodes(opcode是一组指令标识，对应handler处理函数)

执行实例

词法分析

<?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

语法分析

单独存在的词块不能完整表达语义，还需要语法分析器，它会检查语法，匹配Token，对Token进行关联，组织串联后的产物就是AST.AST 分为多种类型,对应PHP语法，比如赋值语句，生成的抽象语法树节点是ZEND_AST_ASSIGN，赋值语句的左右会被作为ZEND_AST_ASSIGN类型节点的孩子（AST是PHP7才加入的，解耦了编译器和解释器）.

opcodes

opcode是PHP执行过程中的中间代码，生成后由虚拟机执行，生成的opcode是类似下面的样子

line     op
1        ECHO
2        RETURN

源码中对应的opcode及handler

ZEND_ECHO // handler:ZEND_ECHO_SPEC_CONST_HANDLER 实现的功能是输出"hello world"
ZEND_RETURN  // handler:ZEND_RETURN_SPEC_CONST_HANDLER

PHP 生命周期

CLI生命周期

• php_module_startup:注册全局变量GPC等，加载内部拓展和外部拓展。
• php_request_startup:重置垃圾回收器，初始化执行器，初始化扫描器，设置超时时间等。
• php_execute_script

=> compile_file
=> open_file_for_scanning(读取PHP代码内容,并使词法分析指针指向第一个位置)
=> zendparse(词法分析语法分析后生成AST) => init_op_array(初始化op_array)
=> zend_compile_top_stmt(把AST转为op_array)
=> pass_two(设置op_array对应的zend虚拟机handler)
=> 生成op_array
=> zend_execute(zend虚拟机中执行op_array)

• php_request_shutdown:调用所有关闭函数,调用所有析构函数，输出缓冲区内容,重置最大执行时间,关闭输出层(HTTP头等),释放所有request的全局变量
• php_module_shutdown:调用module对应的flush函数,清理持久化的符号表,销毁全局变量,关闭所有拓展,关闭内存管理,关闭输出output,析构垃圾回收

FPM模式的生命周期

• FPM跟CLI模式不同的是，FPM是常驻内存的，所以php_module_startup只在启动进程的时候做一次初始化，对应的php_module_shutdown也只做一次。
• 进入循环,调用fcgi_accept_request(accept) 阻塞等待，如果请求进来，则进入php_request_startup，初始化请求，同时加了锁来防止惊群效应

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

引用

• PHP7的性能优化总结 https://blog.csdn.net/eebaicai/article/details/83629547
• PHP扩展与Zend扩展区别 http://yangxikun.github.io/php/2016/07/10/php-zend-extension.html
• 《PHP7 底层设计与源码实现》 陈雷等