PHP核心SAPI探究執行個體分享

PHP作為一門簡單而強大的語言，能夠提供很多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PHP核心中的一些常用部分，本期則是SAPI的深入理解。

SAPI是Server Application Programming Interface（伺服器應用編程介面）的縮寫。PHP通過SAPI提供了一組介面，供應用和PHP核心之間進行資料互動。

簡單的講，就像函數的輸入和輸出一樣，我們通過Linux命令列執行一段PHP代碼，本質是Linux的Shell通過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，通過Apache調用PHP，通過Web伺服器給SAPI傳入資料，Zend引擎執行後，返回給Apache，由Apache顯示在頁面上。

圖1. PHP架構圖

PHP提供很多種形式的介面，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。但是常用的只有5種形式，CLI/CGI（命令列）、Multiprocess（多進程）、Multithreaded（多線程）、FastCGI和Embedded（內嵌）。

PHP提供了一個函數查看當前SAPI介面類型：

string php_sapi_name ( void )

PHP的運行和載入

無論使用哪種SAPI，在PHP執行指令碼前後，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），可以初始化擴充內部變數、分配資源和註冊資源處理器，在整個PHP執行個體生命週期內，該過程只執行一次。

什麼是PHP模組？通過上面的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/擴充，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;  /* 執行了一些類似的初始化操作 */  return SUCCESS; }

第二階段是請求初始化階段（RINT），在模組初始化並啟用後，會建立PHP運行環境，同時調用所有模組註冊的RINT函數，調用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) { /* 執行一些關於請求的初始化 */  return SUCCESS; }

第三階段，請求處理完成後，會調用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、對之前的請求期間用到的每個變數執行unset。請求完成可能是執行到指令碼完成，也可能是調用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，這是每個擴充的模組關閉函數，用於關閉自己的核心子系統。

PHP_MSHUTDOWN_FUNCTION(memcached) { /* 執行關於模組的銷毀工作 */ 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（單進程模式）

• 多進程模式

• 多線程模式

• FastCGI模式

• 嵌入式

1. CLI/CGI模式

CLI和CGI都屬於單進程模式，PHP的生命週期在一次請求中完成。也就是說每次執行PHP指令碼，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，每個子進程擁有自己獨立的進程地址空間。

圖3. 多進程模式生命週期

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

圖4. 多進程的生命週期

多進程模型中，每個子進程都是獨立運行，沒有代碼和資料共用，因此一個子進程終止退出和重建，不會影響其他子進程的穩定。

3. 多線程模式（Multithreaded)

Apache2的Worker MPM採用了多執行緒模式，在一個進程下建立多個線程，在同一個進程地址空間執行。

圖5. 多線程生命週期

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，不用花費時間動態Fork子進程，也不需要每次請求都調用MINT/MSHUTDOWN。PHP通過PHP-FPM來管理和調度FastCGI的進程池。Nginx和PHP-FPM通過本地的TCP Socket和Unix Socket 進行通訊。

圖6. FastCGI模式生命週期

PHP-FPM進程管理器自身初始化，啟動多個CGI解譯器進程等待來自Nginx的請求。當用戶端請求達到PHP-FPM，管理器選擇到一個CGI進程進行處理，Nginx將CGI環境變數和標準輸入發送到一個PHP-CIG子進程。PHP-CGI子進程處理完成後，將標準輸出和錯誤資訊返回給Nginx，當PHP-CGI子進程關閉串連時，請求處理完成。PHP-CGI子進程等待著下一個串連。

可以想象CGI的系統開銷有多大。每一個Web 請求PHP都必須重新解析php.ini、載入全部擴充並始化全部資料結構。使用FastCGI，所有這些都只在進程啟動時發生一次。另外，對於資料庫和Memcache的持續串連可以工作。

5. 內嵌模式（Embedded）

Embed SAPI是一種特殊的SAPI，允許在C/C++語言中調用PHP提供的函數。這種SAPI和CLI模式一樣，按照Module Init => Request Init => Request => Request Shutdown => Module Shutdown的模式運行。

Embed SAPI可以調用PHP豐富的類庫，也可以實現進階玩法，比如可以查看PHP的OPCODE（PHP執行的中間碼，Zend引擎的指令，由PHP代碼產生）。

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

SAPI的運行機制

我們以CGI為例，看一下SAPI的運行機制。

static sapi_module_struct cgi_sapi_module = {     "cgi-fcgi",                     /* 輸出給php_info()使用 */     "CGI/FastCGI",                  /* pretty name */      php_cgi_startup,                /* startup 當SAPI初始化時，首先會調用該函數 */     php_module_shutdown_wrapper,    /* shutdown  關閉函數封裝器，它用來釋放所有的SAPI的資料結構、記憶體等，調用php_module_shutdown */      sapi_cgi_activate,              /* activate  此函數會在每個請求開始時調用，它會做初始化，資源分派 */     sapi_cgi_deactivate,            /* deactivate  此函數會在每個請求結束時調用，它用來確保所有的資料都得到釋放 */      sapi_cgi_ub_write,              /* unbuffered write  不緩衝的寫操作(unbuffered write)，它是用來向SAPI外部輸出資料 */     sapi_cgi_flush,                 /* flush  重新整理輸出，在CLI模式下通過使用C語言的庫函數fflush實現*/     NULL,                           /* get uid */     sapi_cgi_getenv,                /* getenv 根據name尋找環境變數 */      php_error,                      /* error handler 註冊錯誤處理函數  */      NULL,                           /* header handler PHP調用header()時候被調用 */     sapi_cgi_send_headers,          /* send headers handler 發送頭部資訊*/     NULL,                           /* send header handler 發送一個單獨的頭部資訊 */      sapi_cgi_read_post,             /* read POST data  當請求的方法是POST時，程式擷取POST資料，寫入$_POST數組 */     sapi_cgi_read_cookies,          /* read Cookies 擷取Cookie值  */      sapi_cgi_register_variables,    /* register server variables 給$_SERVER添加環境變數 */     sapi_cgi_log_message,           /* Log message 輸出錯誤資訊 */     NULL,                           /* Get request time */     NULL,                           /* Child terminate */      STANDARD_SAPI_MODULE_PROPERTIES };

由上面代碼可見，PHP的SAPI像是物件導向中基類，SAPI.h和SAPI.c包含的函數是抽象基類的聲明和定義，各個伺服器用的SAPI模式，則是繼承了這個基類，並重新定義基類方法的子類。

總結

PHP的SAPI是Zend引擎提供的一組標準互動介面，通過註冊初始化、析構、輸入、輸出等介面，我們可以將應用程式運行在Zend引擎上，也可以把PHP嵌入到類似Apache的Web Server中。PHP常見的SAPI模式有五種，CGI/CLI模式、多進程模式、多線程模式、FastCGI模式和內嵌模式。

瞭解PHP的SAPI機制意義重大，協助我們理解PHP的生命週期，並瞭解如何更好的通過C/C++為PHP編寫擴充，並在生命週期中找到提高系統效能的方式。