PHP-FPM学习

Posted 2023-02-09 Wss0130

CGI

common gateway interface (公共网关接口)

请求模式:

Web Brower(浏览器) ----(通过http协议传输)----> Http Server(服务器nginx/apache) -----> CGI Program -----> Db

Server 与 CGI 通过 STDIN/STDOUT(标准的输入/输出)进行数据传递
nginx(动态加载模块) apache(指定加载模块)

CGI工作原理

每当客户请求CGI的时候，WEB服务器就请求操作系统生成一个新的CGI解释器进程(如php-cgi.exe)，
CGI 的一个进程则处理完一个请求后退出，下一个请求来时再创建新进程。

当然，这样在访问量很少没有并发的情况也行。可是当访问量增大，并发存在，这种方式就不 适合了。于是就有了fastcgi。

FastCGI

像是一个常驻(long-live)型的CGI，它可以一直执行着，只要激活后，
不会每次都要花费时间去fork一次（这是CGI最为人诟病的fork-and-execute 模式）。

工作流程

Web Server启动时载入FastCGI进程管理器（IIS ISAPI或Apache Module)
FastCGI进程管理器自身初始化，启动多个CGI解释器进程(可见多个php-cgi)并等待来自Web Server的连接。
当客户端请求到达Web Server时，FastCGI进程管理器选择并连接到一个CGI解释器。 Web server将CGI环境变量和标准输入发送到FastCGI子进程php-cgi。
FastCGI 子进程完成处理后将标准输出和错误信息从同一连接返回Web Server。
  当FastCGI子进程关闭连接时， 请求便告处理完成。
  FastCGI子进程接着等待并处理来自FastCGI进程管理器(运行在Web Server中)的下一个连接。 
  在CGI模式中，php-cgi在此便退出了。

php-fpm

php-fpm是 FastCGI 的实现，并提供了进程管理的功能，即php-Fastcgi Process Manager。
进程包含 master 进程和 worker 进程两种进程。

master 进程只有一个，负责监听端口，接收来自 Web Server 的请求，
worker 进程则一般有多个(具体数量根据实际需要配置)，

每个进程内部都嵌入了一个 PHP 解释器，是 PHP 代码真正执行的地方。

基本实现

简单来说，fpm的实现就是创建一个master进程，在master进程中创建worker pool并监听socket，然后fork出多个子进程（work），这些worker在启动后阻塞在fcgi_accept_request()上，各自accept请求，有请求到达后worker开始读取请求数据，读取完成后开始处理然后再返回，在这期间是不会接收其它请求的，也就是说fpm的子进程同时只能响应一个请求，只有把这个请求处理完成后才会accept下一个请求。
fpm的master进程与worker进程之间不会直接进行通信，master通过共享内存获取worker进程的信息，比如worker进程当前状态、已处理请求数等，当master进程要杀掉一个worker进程时则通过发送信号的方式通知worker进程。
fpm可以同时监听多个端口，每个端口对应一个worker pool，而每个pool下对应多个worker进程，类似nginx中server概念, 在php-fpm.conf中可以配置多个，例如：
[web1]
listen:127.0.0.1:9000
[web2]
listen:127.0.0.1:9001

大致原理如图：

Worker工作流程

等待请求：fcgi_accept_request()阻塞等待请求
接收请求：fastcgi请求到达后被worker接收并解析，一直到完全接收，然后将method、query、uri等信息保存到worker进程的fpm_scoreboard_proc_s结构中
初始化请求：php_request_startup()执行，此步骤会调用每个扩展的PHP_RINIT_FUNCTION方法，初始化一些操作
处理请求（编译、执行）：php代码编译执行阶段，由 php_execute_script方法完成
关闭请求：返回响应，执行php_request_shutdown方法关闭请求，然后进入第一步继续等待请求，此步骤会执行每个扩展的PHP_RSHUTDOWN_FUNCTION进行一些收尾工作

请求步骤

三种模式

static模式：静态模式

该模式比较简单，在启动时按照配置pm.max_children启动固定数量的的进程，这些进程阻塞进行请求的接收

方法执行流程：
fpm_run()->fpm_children_create_initial()->fpm_children_make()

启动fpm的时候会调用fpm_run方法，而fpm_run方法内部会调用子进程初始化方法fpm_children_create_initial，
在该方法内部会调用fpm_children_make方法创建worker进程。

ondemand 模式：按需分配模式

1. ondemand模式，运行流程和第一步相同，不同之处是在第二个函数中不会分配work进程，而是注册了一个事件回调函数fpm_pctl_on_socket_accept(),部分代码如下：

    if (wp->config->pm == PM_STYLE_ONDEMAND)  
    	wp->ondemand_event = (struct fpm_event_s*)malloc(sizeof(struct fpm_event_s));   
    	......   
    	memset(wp->ondemand_event, 0, sizeof(struct fpm_event_s));    
    	fpm_event_set(wp->ondemand_event,wp->listening_socket,FPM_EV_READ|FPM_EV_EDGE,fpm_pctl_on_socket_		accept, wp);    
    	......
    
   

2. ondemand模式work进程的创建，回调函数fpm_pctl_on_socket_accept()的部分代码如下：

    if (wp->running_children >= wp->config->pm_max_children)    //判断进程数是否超过最大限制
    ......    
    return;
   
   
    for (child = wp->children; child; child = child->next)  
    //fpm_request_is_idle函数返回return proc->request_stage == 		FPM_REQUEST_ACCEPTING
   	 if (fpm_request_is_idle(child))  
   		 return;   // FPM_REQUEST_ACCEPTING代表处于等待请求阶段
   	
    
    ...... 
    fpm_children_make(wp, 1, 1, 1);//创建work进程
   

3. ondemand模式work进程的关闭
   PFM注册了一个定时事件，fpm_pctl_perform_idle_server_maintenance_heartbeat检查当前模式下work进程的运行情况，当空闲进程等待请求时间超过pm_process_idle_timeout后，会对最后一个空闲worker进程发出关闭信号，此操作由主进程进行处理，部分代码如下：

    if (wp->config->pm == PM_STYLE_ONDEMAND) 
        struct timeval last, now;    
        if (!last_idle_child) continue;//最后一个idle进程
         ......
        // last.tv_sec为上次接收请求的时间
        if (last.tv_sec < now.tv_sec - wp->config->pm_process_idle_timeout) 
            last_idle_child->idle_kill = 1;
            fpm_pctl_kill(last_idle_child->pid, FPM_PCTL_QUIT);
        
        continue;
    
   

dynamic模式：动态模式

dynamic模式，启动时分配固定数量的work进程，然后随着请求的增加会增加进程数，此模式下几个重要的配置项如下：

max_children 最大进程数
pm_max_spare_servers 允许最大的空闲进程数
min_spare_servers 允许最小的空闲进程数
start_servers 启动时的进程数

执行过程和ondemand模式类似，启动时主进程都会创建一个定时事件来定时检查work的运行状况，不同的是dynamic模式初始化的时候会创建一定数量的进程，而ondemand模式不会创建，部分代码如下：

if (idle > wp->config->pm_max_spare_servers && last_idle_child) //空闲进程数大于配置的允许空闲最大进程数，则关闭进程
    last_idle_child->idle_kill = 1;
    fpm_pctl_kill(last_idle_child->pid, FPM_PCTL_QUIT);
    ......

if (idle < wp->config->pm_min_spare_servers) //空闲进程数小于配置允许的最小进程数，则创建进程
    if (wp->running_children >= wp->config->pm_max_children) //如果达到最大上限，则不再创建
        ......
        continue;
    
     ......
//此处计算出需要扩充的进程数，从wp->idle_spawn_rate, wp->config->pm_min_spare_servers – idle, wp->config->pm_max_children - wp->running_children三个中选出最小的一个作为本次要扩充的进程数进行扩充

if (wp->idle_spawn_rate >= 8) 
        zlog(ZLOG_WARNING, "[pool %s] seems busy (you may need to increase pm.start_servers, or pm.min/max_spare_servers), spawning %d children, there are %d idle, and %d total children", wp->config->name, wp->idle_spawn_rate, idle, wp->running_children);
    
    if (wp->idle_spawn_rate < FPM_MAX_SPAWN_RATE) 
        wp->idle_spawn_rate *= 2;//当前进程分配基数小于配置值时候，会以2的倍数进行增长
    
    ......

总结

static模式最简单，但是灵活性不够高
ondemand模式相对static模式比较复杂，会根据请求量的增加动态增加，但是处理完请求后不会立即释放，而是由定时事件定时的检测空闲到一定时间的进程才会释放
dynamic模式类似于ondemand模式，但进程的回收机制不同于ondemand模式，会根据idle数量进行增加和减少worker数量

三种运行方式各有自己的优势，用哪种方式更合适，要根据自己的业务场景，选择合适的运行方式

参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/96911584
参考：https://blog.csdn.net/njrclj/article/details/85062459