PHP カーネル探索変数 Zval

PHP 変数がカーネル内の zval 構造体を通じて実際に実装されていることはすでにわかっており、zval 構造体の型と値を設定する方法についても予備的に理解しています。

コーディングの際、カーネルで作成された zval をユーザーが PHP 言語の変数として使用できるようにしたいと考えています。この機能を実現するには、まず zval を作成する必要があります。最も簡単に考える方法は、zval ポインターを作成し、次にメモリの一部を割り当て、ポインターがそれを指すようにすることです。 malloc(sizeof(zval)) の影が浮かんだ場合は、これを行うために malloc を使用しないでください。理由は前と同じです。コードを美しくし、バージョンアップ時の互換性を保つため。 このマクロは MAKE_STD_ZVAL(pzv) です。このマクロは、カーネル メソッドを使用してメモリの一部を適用し、そのアドレスを pzv に支払い、その 2 つの属性 refcount と is_ref を初期化します。さらに優れているのは、メモリ不足の問題を自動的に処理するだけでなく、選択も行うことです。記憶の中の記憶を適用するのに最適な場所。

データのコンテナとして、数値、配列、文​​字列、オブジェクトなどの変数を扱う必要があることが多いため、変数は言語にとって不可欠な基盤であると言えます。この記事は、PHP カーネルで検討される変数に関する最初の記事であり、主に次の側面を含む zval の基本的な知識を紹介します。

1. Zvalの基本構造
2. zvalを表示するメソッド: debug_zval_dumpおよびxdebug
3. ズヴァールの原理、COWなど

急いで書いているため、間違いがあるかもしれませんが、ご指摘ください。

1.ズヴァールの基本構造

Zval は、PHP で最も重要なデータ構造の 1 つです (もう 1 つの重要なデータ構造は、PHP の変数の値と型に関する情報が含まれています)。これは構造体であり、基本的な構造は次のとおりです:

リーリー

その中に:

1. zval_value値

変数の実際の値、具体的には zvalue_value: の結合

リーリー

2.zend_uint refcount__gc

この値は実際には、変数 (またはシンボル シンボル) の数を保存するためのカウンターです。すべてのシンボルはシンボル テーブルに保存されます。これについては後で説明します。ズヴァル。変数が生成されると、その refcount=1 になります。$a = $b などの一般的な代入操作では zval の refcount が 1 ずつ増加し、それに応じて unset 操作によって 1 ずつ減少します。 PHP5.3 より前では、GC の実装に参照カウント メカニズムが使用されていました。zval の refcount が 0 未満の場合、Zend エンジンは zval を指す変数が存在しないと判断し、その結果、zval が占有しているメモリ空間を解放していました。ズヴァル。しかし、物事はそれほど単純ではない場合もあります。 zval を指す変数が設定されていない場合でも、単純な参照カウント メカニズムでは循環参照される zval を GC できず、その結果メモリ リーク (メモリ リーク) が発生することが後でわかります。

3.zend_uchar 型

このフィールドは、変数の実際の型を示すために使用されます。 PHP の学習を始めたとき、PHP の変数には 4 つのスカラー型(bool、int、float、string)、2 つの複合型(配列、オブジェクト)、2 つの特殊型 (リソースと NULL) が含まれていることをすでに知っていました。 。 zend 内では、これらの型は次のマクロに対応します (コードの場所 phpsrc/Zend/zend.h):

リーリー

4. is_ref__gc

このフィールドは、変数が参照変数であるかどうかをマークするために使用されます。通常の変数の場合は値が 0、参照変数の場合は値が 1 になります。この変数は、zval の共有、分離などに影響します。これについては後で説明します。

名前が示すように、ref_count__gc と

is_ref__gc は、PHP の GC メカニズムに必要な 2 つの非常に重要なフィールドであり、これら 2 つのフィールドの値は、xdebug などのデバッグ ツールを通じて表示できます。

2.xdebugのインストールと設定

Xdebug は、オープンソースの PHP パフォーマンス分析およびデバッグ ツールです。一般的なプログラムのデバッグには、

var_dump、echo、print、debug_backtrace およびその他の一般的なデバッグ ツールで基本的に十分ですが、一部の複雑なデバッグやパフォーマンス テストには、xdebug が間違いなく優れたヘルパーです (Xhprof などの他のツールも使用できます)素晴らしい）。

この記事の基本環境:

Xdebug をインストールする基本プロセスは次のとおりです (実際にソース コードから拡張機能をコンパイルします)。

1. ソースコードパッケージをダウンロードします。

ダウンロードアドレスは: http://www.xdebug.org/docs/install

　　本文中下载的版本为：Xdebug-2.6.tar.gz

2.　　解压

<span>tar</span> xvzf xdebug-<span>2.6</span>.<span>tar</span>.gz

3.　　在xdebug的目录执行phpize

4.　　./configure   配置

5.　　Make&&  make install

这会生成xdebug.so扩展文件（zend_extension）,位置在xdebug/modules

6.　　在php.ini中加载xdebug扩展

zend_extension=your-xdebug-path/xdebug.so

7.　　添加xdebug的配置

xdebug.profiler_enable =<span> on
xdebug.default_enable </span>=<span> on
xdebug.trace_output_dir</span>="/tmp/xdebug"<span> xdebug.trace_output_name </span>=<span> trace.%c.%p
xdebug.profiler_output_dir</span>="/tmp/xdebug"<span> xdebug.profiler_output_name</span>="cachegrind.out.%s"

这里不再详细介绍各个配置项的含义，详细的请看：http://www.xdebug.org/docs/all 

现在，PHP中，应该已经有了Xdebug的扩展信息（php –m，也可以phpinfo()）：

 

在Xdebug中，可以通过xdebug_debug_zval打印Zval的信息：

<?php $a = array( 'test' );
    $a[] = &$a;
    xdebug_debug_zval( 'a' );

3.　　Zval的更多原理

（注，本部分主要参考：http://derickrethans.nl/collecting-garbage-phps-take-on-variables.html， 作者Derick Rethans是一位优秀的PHP内核专家，在全世界做过多次报告，都有相关的pdf下载，这里（http://derickrethans.nl/talks.html ）有作者每次演讲的记录，很多都值得我们深入去学习研究）

前面我们已经说过，PHP使用Zval这种结构来保存变量，这里我们将继续追踪zval的更多细节。

1.       创建变量时，会创建一个zval.

$str = "test zval";
xdebug_debug_zval('str');

输出结果：

str: (refcount=1, is_ref=0)='test zval'

当使用$str="test zval";来创建变量时，会在当前作用域的符号表中插入新的符号（str）,由于该变量是一个普通的变量，因此会生成一个refcount=1且is_ref=0的zval容器。也就是说，实际上是这样的:

2.       变量赋值给另外一个变量时，会增加zval的refcount值。

$str  = "test zval";
$str2 = $str;
xdebug_debug_zval('str');
xdebug_debug_zval('str2');

输出结果：      

str: (refcount=2, is_ref=0)=<span>'test zval'
str2: (refcount</span>=2, is_ref=0)='test zval'

同时我们看到，str和是str2这两个symbol的zval结构是一样的。这里其实是PHP所做的一个优化，由于str和str2都是普通变量，因而它们指向了同一个zval，而没有为str2开辟单独的zval。这么做，可以在一定程度上节省内存。这时的str,str2与zval的对应关系是这样的：

 

3.       使用unset时，对减少相应zval的refcount值

$str  = "test zval";
$str3 = $str2 = $str;
xdebug_debug_zval('str');
unset($str2,$str3)
xdebug_debug_zval('str');
 

结果为：

str: (refcount=3, is_ref=0)=<span>'test zval'
str: (refcount</span>=1, is_ref=0)='test zval'

由于unset($str2,$str3)会将str2和str3从符号表中删除，因此，在unset之后，只有str指向该zval，如下图所示：

 

现在如果执行unset($str)，则由于zval的refcount会减少到0，该zval会从内存中清理。这当然是最理想的情况。

但是事情并不总是那么乐观。

4.       数组变量与普通变量生成的zval非常类似，单也有很大不同

与标量这些普通变量不同，数组和对象这类复合型的变量在生成zval时，会为每个item项生成一个zval容器。例如：

$ar = array(
    'id'   => 38,
    'name' => 'shine'
); <span>xdebug_debug_zval('ar');</span> 

打印出zval的结构是：

ar: (refcount=1, is_ref=0)=<span>array (
    'id' </span>=> (refcount=1, is_ref=0)=38,<span> 'name' </span>=> (refcount=1, is_ref=0)=<span>'shine'
)</span>

如下图所示：

 

可以看出，变量$ar生成的过程中，共生成了3个zval容器（红色部分标注）。对于每个zval而言，refcount的增减规则与普通变量的相同。例如，我们在数组中添加另外一个元素，并把$ar['name']的值赋给它：

$ar = array(
    'id'   => 38,
    'name' => 'shine'
);

$ar['test'] = $ar['name'];
xdebug_debug_zval('ar');

则打印出的zval为：

ar: (refcount=1, is_ref=0)=<span>array (
    'id' </span>=> (refcount=1, is_ref=0)=38,<span> 'name' </span>=> (refcount=2, is_ref=0)='shine',<span> 'test' </span>=> (refcount=2, is_ref=0)=<span>'shine'
)</span>

如同普通变量一样，这时候,name和test这两个symbol指向同一个zval:

 

同样的，从数组中移除元素时，会从符号表中删除相应的符号，同时减少对应zval的refcount值。同样，如果zval的refcount值减少到0，那么就会从内存中删除该zval：

$ar = array(
    'id'   => 38,
    'name' => 'shine'
);

$ar['test'] = $ar['name'];
unset($ar['test'],$ar['name']);
xdebug_debug_zval('ar');

输出结果为：

ar: (refcount=1, is_ref=0)=array ('id' => (refcount=1, is_ref=0)=38)

5.       引用的出现，会令zval的规则变得复杂

在加入引用之后，情况会变的稍微复杂一点。例如，在数组中添加对本身的引用：

$a = $array('one');
$a[] = &$a;
xdebug_debug_zval('a');

输出的结果：

a: (refcount=2, is_ref=1)=<span>array ( </span>0 => (refcount=1, is_ref=0)='one', 
    1 => (refcount=2, is_ref=1)=<span>...
)</span>

上述输出中，…表示指向原始数组，因而这是一个循环的引用。如下图所示：

 

现在，我们对$a执行unset操作，这会在symbol table中删除相应的symbol,同时，zval的refcount减1（之前为2），也就是说，现在的zval应该是这样的结构：

(refcount=1, is_ref=1)=<span>array ( </span>0 => (refcount=1, is_ref=0)='one', 
    1 => (refcount=1, is_ref=1)=<span>...
)</span>

也就是下图所示的结构：

 

　　这时，不幸的事情发生了！

　　Unset之后，虽然没有变量指向该zval，但是该zval却不能被GC（指PHP5.3之前的单纯引用计数机制的GC）清理掉，因为zval的refcount均大于0。这样，这些zval实际上会一直存在内存中，直到请求结束（参考SAPI的生命周期）。在此之前，这些zval占据的内存不能被使用，便白白浪费了，换句话说，无法释放的内存导致了内存泄露。

　　如果这种内存泄露仅仅发生了一次或者少数几次，倒也还好，但如果是成千上万次的内存泄露，便是很大的问题了。尤其在长时间运行的脚本中（例如守护程序，一直在后台执行不会中断），由于无法回收内存，最终会导致系统“再无内存可用”。

6.       zval分离（Copy on write和change on write）

前面我们已经介绍过，在变量赋值的过程中例如$b = $a，为了节省空间,并不会为$a和$b都开辟单独的zval，而是使用共享zval的形式：

        

那么问题来了：如果其中一个变量发生变化时，如何处理zval的共享问题？

对于这样的代码：

$a = "a simple test";
$b = $a;

echo "before write:".PHP_EOL;
xdebug_debug_zval('a');
xdebug_debug_zval('b');

$b = "thss";
echo "after write:".PHP_EOL;
xdebug_debug_zval('a');
xdebug_debug_zval('b');

打印的结果是：

<span>before write:
a: (refcount</span>=2, is_ref=0)=<span>'a simple test'
b: (refcount</span>=2, is_ref=0)=<span>'a simple test'
after write:
a: (refcount</span>=1, is_ref=0)=<span>'a simple test'
b: (refcount</span>=1, is_ref=0)='thss'

起初，符号表中a和b指向了同一个zval(这么做的原因是节省内存)，而后$b发生了变化，Zend会检查b指向的zval的refcount是否为1，如果是1，那么说明只有一个符号指向该zval，则直接更改zval。否则，说明这是一个共享的zval，需要将该zval分离出去，以保证单独变化互不影响，这种机制叫做COW –Copy on write。在很多场景下，COW都是一种比较高效的策略。

那么对于引用变量呢？

$a = 'test';
$b = &$a;

echo "before change:".PHP_EOL;
xdebug_debug_zval('a');
xdebug_debug_zval('b');

$b = 12;
echo "after change:".PHP_EOL;
xdebug_debug_zval('a');
xdebug_debug_zval('b');

unset($b);
echo "after unset:".PHP_EOL;
xdebug_debug_zval('a');
xdebug_debug_zval('b');

输出的结果为：

<span>before change:
a: (refcount</span>=2, is_ref=1)=<span>'test'
b: (refcount</span>=2, is_ref=1)=<span>'test'

after change:
a: (refcount</span>=2, is_ref=1)=12<span> b: (refcount</span>=2, is_ref=1)=12<span> after unset:
a: (refcount</span>=1, is_ref=0)=12

可以看出，在改变了$b的值之后，Zend会检查zval的is_ref检查是否是引用变量，如果是引用变量，则直接更改即可，否则，需要执行刚刚提到的zval分离。由于$a 和 $b是引用变量，因而更改共享的zval实际上也间接更改了$a的值。而在unset($b)之后，变量$b从符号表中删除了。

这里也说明一个问题，unset并不是清除zval，而只是从符号表中删除相应的symbol。这样一来，之前很多的关于引用的疑问也可以理解了（下一节我们将深入探索PHP的引用）。

 

以上就介绍了PHP内核探索之变量Zval，包括了变量Zval方面的内容，希望对PHP教程有兴趣的朋友有所帮助。