一文淺析Nginx與php-fpm間的通訊機制

這篇文章帶大家聊聊Nginx與php-fpm之間的通訊機制，希望對大家有幫助！

什麼是CGI?

講Fastcgi之前需要先講CGI，CGI是為了保證web server傳遞過來的資料是標準格式的，它是一個協定。每種動態語言（ PHP,Python 等）的程式碼檔案需要透過對應的解析器才能被伺服器識別，而 CGI 協定就是用來讓解釋器與伺服器可以互相通訊。 PHP 檔案在伺服器上的解析需要用到 PHP 解釋器，再加上對應的 CGI 協議，讓伺服器可以解析到 PHP 檔案。

#1.使用者透過客戶端(瀏覽器)輸入網址，例如www. baidu.com。

2.瀏覽器經過一些列的處理(這裡省略其中的流程)，請求到對應伺服器的。

3.伺服器網路卡根據監聽到的端口，將請求傳送給對應的軟體服務。

4.web伺服器(Nginx/Apache等web軟體)接收請求後，透過fast-cgi或cgi協議，將請求資料轉送給php-fpm進程管理器。 php-fpm將任務下發給下面空閒的work進程，此時work進程中的php解釋器開始處理檔案。

5.php解釋器處理好，透過fast-cgi或cgi協議，再將轉換後的資料回傳給web伺服器，web伺服器再回應給客戶端。

什麼是FastCGI?

Fastcgi是CGI的更高階的一種方式，是用來提升CGI程式效能的。由於CGI 的機制是每處理一個請求需要fork 一個CGI 進程，請求結束再kill掉這個進程，在實際應用上比較浪費資源，於是就出現了CGI 的改良版FastCGI，FastCGI 在請求處理完後，不會kill 掉進程，而是繼續處理多個請求，這樣就大大提高了效率。

#什麼是php-fpm?

#PHP-FPM 即PHP-FastCGI Process Manager， 它是FastCGI 的實現，並提供了進程管理的功能。進程包含master 進程和worker 進程兩種；master 進程只有一個，負責監聽端口，接收來自伺服器的請求，而worker 進程則一般有多個（具體數量根據實際需要進行配置），每個進程內部都會嵌入一個PHP 解譯器，是程式碼真正執行的地方。在沒有php-fpm之前，每當我們修改了php.ini的配置信息，都會面臨著下面的幾個問題:

• 需要重啟php-cgi程式,才能使配置文件生效,同時php-cgi不支援平滑重啟。

• kill掉php-cgi程式時，必須重新啟動，否則PHP就無法正常運作。

#因此可以把php-fpm理解為,是一個實現了Fastcgi協定的程式,用來管理Fastcgi啟動的進程的,即能夠調度php-cgi進程的程式。現已在PHP核心中就整合了PHP-FPM，使用--enalbe-fpm這個編譯參數即可。另外，修改了php.ini設定檔後，沒辦法平滑重啟，需要重啟php-fpm才可。此時新fork的worker會用新的配置，已經存在的worker繼續處理完手上的活。

Web服务器与程序解析器运行流程（Nginx与php-fpm通信机制(通信流程)）

web server（如nginx）只是内容的分发者。比如，如果请求/index.html，那么web server会去文件系统中找到这个文件，发送给浏览器，这里分发的是静态资源。如果现在请求的是/index.php，根据配置文件，nginx知道这个不是静态文件，需要去找PHP解析器来处理，那么他会把这个请求简单处理后交给PHP解析器。此时CGI便是规定了要传什么数据／以什么格式传输给php解析器的协议。当web server收到/index.php这个请求后，会启动对应的CGI程序，这里就是PHP的解析器。接下来PHP解析器会解析php.ini文件，初始化执行环境，然后处理请求，再以CGI规定的格式返回处理后的结果，退出进程。

CGI与FastCGI相比较

两者的主要差距在于性能瓶颈。前者接受到一个请求就会fork一个进程，后者则是事先启动一部分的worker进程。

CGI工作原理

CGI针对每个http请求都是fork一个新进程来进行处理，接着读取php.ini文件配置信息，初始化执行环境等。

2.然后这个进程会把处理完的数据返回给web服务器，最后web服务器把内容发送给用户。

3.刚才fork的进程也随之退出。

4.如果下次用户还请求动态资源，那么web服务器又再次fork一个新进程，周而复始的进行。

FastCGI工作原理

Fastcgi则会先fork一个master，解析配置文件，初始化执行环境,然后再fork多个worker。

2.当请求过来时，master会传递给一个worker，然后立即可以接受下一个请求。这样就避免了重复的劳动，效率自然是高。

3.而且当worker不够用时，master可以根据配置预先启动几个worker等着；当然空闲worker太多时，也会停掉一些，这样就提高了性能，也节约了资源。这就是Fastcgi的对进程的管理。大多数Fastcgi实现都会维护一个进程池。

注：swoole作为httpserver，实际上也是类似这样的工作方式。

Nginx与php-fpm通信分析

Nginx与php-fpm通信有两种方式，一种是通过tcp socket和 unix socket。前者是通过ip:端口方式进行通信，后者是通过php启动生成的socket文件进行通信。因此tcp socket的方式可以将两者分布再不同的机器上，只要Nginx能够连接到php服务器的端口即可。后者的方式，是统一主机上进行通讯的方式，因此两者只能再同一台机器上面。

tcp socket和 unix socket两者的优缺点

由于 Unix socket 不需要经过网络协议栈，不需要打包拆包、计算校验和、维护序号和应答等，只是将应用层数据从一个进程拷贝到另一个进程。所以其效率比 tcp socket 的方式要高，可减少不必要的 tcp 开销。不过，unix socket 高并发时不稳定，连接数爆发时，会产生大量的长时缓存，在没有面向连接协议的支撑下，大数据包可能会直接出错不返回异常。而 tcp 这样的面向连接的协议，可以更好的保证通信的正确性和完整性。

如何选择tcp socket与unix socket

1.由于tcp方式相对unix的方式，并发量更高，因此针对并发量高的项目，建议采用tcp方式，现在Nginx配置示例文件默认的也是tcp方式。

2.使用unix方式，可以优化的点，就是将socket文件放在/dev/shm目录下面，至于为什么放在这个目录可以参考.https://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101818.htm。大致的意思，就是该目录下面的文件是不是存储再硬盘中的，而是存储再内存中的。至于硬盘读取和内存读取，谁快谁慢，肯定是内存最快了。

3.使用unix方式可以使用backlog，backlog的介绍，可以参考该文章。https://blog.csdn.net/raintungli/article/details/37913765。具体的配置可以参考下面。nginx 配置:

server {
  listen 80 default backlog = 100;
  }

php-fpm 配置:

listen.backlog = 1000

配置示例

Nginx与PHP通信的方式，取决于PHP启动的方式，下面直接演示两种方式的配置文件，后面记录PHP启动方式的配置 1.tcp socket

server {
        listen       80;
        server_name  laravel_demo.com;
        charset utf-8;
        access_log  logs/laravel_demo.com.access.log;
        root   /usr/local/var/www/laravel64_demo/public/;
        index  index.php index.html index.htm;

        error_page   500 502 503 504  /50x.html;

        location / {
            if (!-e $request_filename) {
                rewrite ^(.*)$  /index.php?s=$1 last;
                break;
            }
        }
        ### 此处就是Nginx与tcp socket通信配置，这里部署的同一台及其，因此IP就是127.0.0.1
        location ~ \.php$ {
                fastcgi_pass   127.0.0.1:9000;
                fastcgi_index  index.php;
                fastcgi_param  SCRIPT_FILENAME  $document_root$fastcgi_script_name;
                include        fastcgi_params;
            }
    }

2.unix socket

server {
        listen       80;
        server_name  laravel_demo.com;
        charset utf-8;
        access_log  logs/laravel_demo.com.access.log;
        root   /usr/local/var/www/laravel64_demo/public/;
        index  index.php index.html index.htm;

        error_page   500 502 503 504  /50x.html;

        location / {
            if (!-e $request_filename) {
                rewrite ^(.*)$  /index.php?s=$1 last;
                break;
            }
        }
        ### 此处就是Nginx与unix socket通信配置,我的socket文件在/usr/run/目录下
        location ~ \.php$ {
                fasrcgi_pass /usr/tmp/php-fpm.sock;
                fastcgi_index  index.php;
                fastcgi_param  SCRIPT_FILENAME  $document_root$fastcgi_script_name;
                include        fastcgi_params;
            }
    }

上面演示了具体的配置示例，下面演示的是PHP启动方式的配置，这里需要和上面Nginx的配置一致，如果是tcp方式就采用tcp方式启动，如果是unix方式采用socket文件的方式启动。

# tcp方式启动
listen = 127.0.0.1:9000
# unix方式启动
listen = /usr/tmp/php-fpm.sock;

采用上面的两种方式中的任意一种，直接使用php-fpm方式启动php即可。

1、tcp方式启动的效果图

2、unix方式启动的效果图

注意在演示的过程中遇到一个问题就是提示Nginx无法读取php生成的unix socket文件。这中情况是因为权限组导致的。因此再php-fpm的配置配置文件中要设置权限组，同时Nginx也需要设置权限组，再很多的集成开发环境中已经配置好了，因此可以减少此步骤。下面就是示例 Nginx配置文件：

#配置php-fpm的用户以及所属用户组
user  www www;

worker_processes auto;

error_log  /home/wwwlogs/nginx_error.log  crit;

pid        /usr/local/nginx/logs/nginx.pid;

#Specifies the value for maximum file descriptors that can be opened by this process.
worker_rlimit_nofile 51200;

php-fpm配置文件(我们平常可能更多的是配置php.ini的文件，这里需要区分两者之间的区别，php.ini是针对php的配置文件，可以简单的理解为php再编译源码时会用到这里的配置，而关于php这个应用程序执行的情况就会用到php-fpm的配置文件):

; 配置php-fpm的用户以及所属用户组
user = www
group = www

; The address on which to accept FastCGI requests.
; Valid syntaxes are:
;   'ip.add.re.ss:port'    - to listen on a TCP socket to a specific IPv4 address on
;                            a specific port;
;   '[ip:6:addr:ess]:port' - to listen on a TCP socket to a specific IPv6 address on
;                            a specific port;
;   'port'                 - to listen on a TCP socket to all addresses
;                            (IPv6 and IPv4-mapped) on a specific port;
;   '/path/to/unix/socket' - to listen on a unix socket.
; Note: This value is mandatory.
;listen = 127.0.0.1:9000
listen = /usr/tmp/php-fpm.sock;

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