PHP核心SAPI探究實例分享

PHP作為一門簡單而強大的語言，能夠提供許多Web適用的語言特性。從實踐出發，繼弱類型變數原理探究後，王帥將繼續帶大家弄清楚PHP核心中一些常用的部分，本期則是SAPI的深入理解。

SAPI是Server Application Programming Interface（伺服器應用程式介面）的縮寫。 PHP透過SAPI提供了一組接口，供應用和PHP核心之間進行資料交互。

簡單的講，就像函數的輸入和輸出一樣，我們透過Linux命令列執行一段PHP程式碼，本質是Linux的Shell透過PHP的SAPI傳入一組參數，Zend引擎執行後，返回給shell，由shell顯示出來的過程。同樣的，透過Apache呼叫PHP，透過Web伺服器給SAPI傳入數據，Zend引擎執行後，回傳給Apache，由Apache顯示在頁面上。

圖1. PHP架構圖 

PHP提供很多形式的接口，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。但常用的只有5種形式，CLI/CGI（命令列）、Multiprocess（多重進程）、Multithreaded（多執行緒）、FastCGI和Embedded（內嵌）。

PHP提供了一個函數來檢視目前SAPI介面類型：

string php_sapi_name ( void )

PHP的運行與載入

#無論使用哪一種SAPI，在PHP執行腳本前後，都包含一系列事件：Module的Init(MINT)和Shutdown(MSHUTDOWN)，Request 的Init(RINT)和Shutdown(RSHUTDOWN)。 第一階段是PHP模組初始化階段（MINT），可以初始化擴展內部變數、分配資源和註冊資源處理器，在整個PHP實例生命週期內，該過程只執行一次。

什麼是PHP模組？透過上面的PHP架構圖，在PHP中可以使用get_loaded_extensions 函數來查看所有編譯並載入的模組/擴展，相當於CLI模式下的php -m。

以PHP的Memcached擴充原始碼為例：

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; 
}

第二階段是請求初始化階段（RINT），在模組初始化並啟動後，會建立PHP運行環境，同時呼叫所有模組註冊的RINT函數，呼叫每個擴充的請求初始化函數，設定特定的環境變數、分配資源或執行其他任務，如審核。

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

第三階段，請求處理完成後，會呼叫PHP_RSHUTDOWN_FUNCTION進行回收，這是每個擴充的請求關閉函數，執行最後的清理工作。 Zend引擎執行清理過程、垃圾收集、對先前的請求期間所用到的每個變數執行unset。請求完成可能是執行到腳本完成，也可能是呼叫die()或exit()函數完成

第四階段，當PHP生命週期結束時候，PHP_MSHUTDOWN_FUNCTION對模組進行回收處理，這是每個擴展的模組關閉函數，用於關閉自己的核心子系統。

PHP_MSHUTDOWN_FUNCTION(memcached) { /* 执行关于模块的销毁工作 */ UNREGISTER_INI_ENTRIES(); return SUCCESS; }

常見的運行模式

常見的SAPI模式有五種：

• CLI和CGI模式（單一進程模式）

• 多重行程模式

• 多執行緒模式

• #FastCGI模式

• 嵌入式

1. CLI/CGI模式

CLI和CGI都屬於單一進程模式，PHP的生命週期在一次請求中完成。也就是說每次執行PHP腳本，都會執行第二部分講的四個INT和Shutdown事件。

圖2. CGI/CLI生命週期 

2. 多進程模式（Multiprocess）

多重進程模式可以將PHP內建到Web Server中，PHP可以編譯成Apache下的prefork MPM模式和APXS模組，當Apache啟動後，會fork很多子進程，每個子進程都有自己獨立的進程位址空間。

圖3. 多進程模式生命週期 

在一個子進程中，PHP的生命週期是呼叫MINT啟動後，執行多次請求（RINT/RSHUTDOWN)，在Apache關閉或進程結束後，才會呼叫MSHUTDOWN進行回收階段。

圖4. 多進程的生命週期 

多重進程模型中，每個子進程都是獨立運行，沒有程式碼和資料共享，因此一個子進程終止退出和重新生成，不會影響其他子進程的穩定。

3. 多執行緒模式（Multithreaded)

Apache2的Worker MPM採用了多執行緒模型，在一個行程下建立多個執行緒，在同一個行程位址空間執行。

圖5. 多執行緒生命週期

4. FastCGI模式

在我們用的Nginx+PHP-FPM用的就是FastCGI模式，Fastcgi是一種特殊的CGI模式，是一種常駐進程類型的CGI，運行後可以Fork多個進程，不用花時間動態的Fork子進程，也不需要每次請求都呼叫MINT/MSHUTDOWN。 PHP透過PHP-FPM來管理和調度FastCGI的進程池。 Nginx和PHP-FPM透過本地的TCP Socket和Unix Socket 進行通訊。

圖6. FastCGI模式生命週期

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： http://www.laruence.com/2008/09/23/539.html

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。

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