PHP-FPM源码分析

一个请求从浏览器到达PHP脚本执行中间有个必要模块是网络处理模块，FPM是这个模块的一部分，配合fastcgi协议实现对请求的从监听到转发到PHP处理，并将结果返回这条流程。
FPM采用多进程模型，就是创建一个master进程，在master进程中创建并监听socket，然后fork多个子进程，然后子进程各自accept请求，子进程在启动后阻塞在accept上，有请求到达后开始读取请求数据，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，这是一种同步阻塞的模型。master进程负责管理子进程，监听子进程的状态，控制子进程的数量。master进程与worker进程之间通过共享变量同步信息。

从main函数开始

int main(int argc, char *argv[])
{
    zend_signal_startup();
    // 将全局变量sapi_module设置为cgi_sapi_module
    sapi_startup(&cgi_sapi_module);
    fcgi_init();
    // 获取命令行参数，其中php-fpm -D、-i等参数都是在这里被解析出来的
    // ...
    
    cgi_sapi_module.startup(&cgi_sapi_module);
    
    fpm_init(argc, argv, fpm_config ? fpm_config : CGIG(fpm_config), fpm_prefix, fpm_pid, test_conf, php_allow_to_run_as_root, force_daemon, force_stderr);
    
    // master进程会在这一步死循环,后面的流程都是子进程在执行。
    fcgi_fd = fpm_run(&max_requests);
    
    
    fcgi_fd = fpm_run(&max_requests);
    request = fpm_init_request(fcgi_fd);
    
    // accept请求
    // ....
}

main()函数展现了这个fpm运行完整的框架,可见整个fpm主要分为三个部分：1、运行前的fpm_init();2、运行函数fpm_run();3、子进程accept请求处理。

FPM中的事件监听机制

在详细了解fpm工作过程前，我们要先了解fpm中的事件机制。在fpm中事件的监听默认使用kqueue来实现，关于kqueue的介绍可以看看我之前整理的这篇文章kqueue用法简介。

// fpm中的事件结构体
struct fpm_event_s {
    // 事件的句柄
    int fd;
    // 下一次触发的事件
    struct timeval timeout;
    // 频率:多久执行一次
    struct timeval frequency;
    // 事件触发时调用的函数
    void (*callback)(struct fpm_event_s *, short, void *);
    void *arg;                // 调用callback时的参数
    // FPM_EV_READ:读;FPM_EV_TIMEOUT:;FPM_EV_PERSIST:;FPM_EV_EDGE:;
    int flags;
    int index;                // 在fd句柄数组中的索引
    // 事件的类型 FPM_EV_READ:读;FPM_EV_TIMEOUT:计时器;FPM_EV_PERSIST:;FPM_EV_EDGE:;
    short which;
};

// 事件队列
typedef struct fpm_event_queue_s {
    struct fpm_event_queue_s *prev;
    struct fpm_event_queue_s *next;
    struct fpm_event_s *ev;
} fpm_event_queue;

以fpm_run()中master进程注册的一个sp[0]的可读事件为例：

void fpm_event_loop(int err)
{
    static struct fpm_event_s signal_fd_event;
    
    // 创建一个事件:管道sp[0]可读时触发
    fpm_event_set(&signal_fd_event, fpm_signals_get_fd(), FPM_EV_READ, &fpm_got_signal, NULL);
    // 将事件添加进queue
    fpm_event_add(&signal_fd_event, 0);
    
    // 处理定时器等逻辑
    
    // 以阻塞的方式获取事件
    // module->wait()是一个接口定义的方法签名，下面展示kqueue的实现
    ret = module->wait(fpm_event_queue_fd, timeout);
}


int fpm_event_add(struct fpm_event_s *ev, unsigned long int frequency)
{
    // ...
    // 如果事件是触发事件则之间添加进queue中
    // 对于定时器事件先根据事件的frequency设置事件的触发频率和下一次触发的事件
    if (fpm_event_queue_add(&fpm_event_queue_timer, ev) != 0) {
        return -1;
    }

    return 0;
}

static int fpm_event_queue_add(struct fpm_event_queue_s **queue, struct fpm_event_s *ev)
{
    // ...
    // 构建并将当前事件插入事件队列queue中

    if (*queue == fpm_event_queue_fd && module->add) {
        // module->add(ev)是一个接口定义的方法签名，下面展示kqueue的实现
        module->add(ev);
    }

    return 0;
}

// kqueue关于添加事件到kqueue的实现
static int fpm_event_kqueue_add(struct fpm_event_s *ev) /* {{{ */
{
    struct kevent k;
    int flags = EV_ADD;

    if (ev->flags & FPM_EV_EDGE) {
            flags = flags | EV_CLEAR;
    }

    EV_SET(&k, ev->fd, EVFILT_READ, flags, 0, 0, (void *)ev);

    if (kevent(kfd, &k, 1, NULL, 0, NULL) < 0) {
        zlog(ZLOG_ERROR, "kevent: unable to add event");
        return -1;
    }

    /* mark the event as registered */
    ev->index = ev->fd;
    return 0;
}

FPM中关于kqueue的实现

// kqueue关于从kqueue中监听事件的实现
static int fpm_event_kqueue_wait(struct fpm_event_queue_s *queue, unsigned long int timeout) /* {{{ */
{
    struct timespec t;
    int ret, i;

    /* ensure we have a clean kevents before calling kevent() */
    memset(kevents, 0, sizeof(struct kevent) * nkevents);

    /* convert ms to timespec struct */
    t.tv_sec = timeout / 1000;
    t.tv_nsec = (timeout % 1000) * 1000 * 1000;

    /* wait for incoming event or timeout */
    ret = kevent(kfd, NULL, 0, kevents, nkevents, &t);
    if (ret == -1) {

        /* trigger error unless signal interrupt */
        if (errno != EINTR) {
            zlog(ZLOG_WARNING, "epoll_wait() returns %d", errno);
            return -1;
        }
    }

    /* fire triggered events */
    for (i = 0; i < ret; i++) {
        if (kevents[i].udata) {
            struct fpm_event_s *ev = (struct fpm_event_s *)kevents[i].udata;
            fpm_event_fire(ev);
            /* sanity check */
            if (fpm_globals.parent_pid != getpid()) {
                return -2;
            }
        }
    }

    return ret;
}

fpm_init

fpm_init()负责启动前的初始化工作，包括注册各个模块的销毁时用于清理变量的callback。下面只介绍几个重要的init。

fpm_conf_init_main

负责解析php-fpm.conf配置文件，分配worker pool内存结构并保存到全局变量fpm_worker_all_pools中，各worker pool配置解析到 fpm_worker_pool_s->config 中。
所谓worker pool 是fpm可以同时监听多个端口，每个端口对应一个worker pool。

fpm_scoreboard_init_main

为每个worker pool分配一个fpm_scoreboard_s结构的内存空间scoreboard，用于记录worker进程运行信息。

// fpm_scoreboard_s 结构
struct fpm_scoreboard_s {
    union {
        atomic_t lock;
        char dummy[16];
    };
    char pool[32];
    int pm;                    // 进程的管理方式 static、dynamic、ondemand
    time_t start_epoch;
    int idle;                // 空闲的worker进程数
    int active;                // 繁忙的worker进程数
    int active_max;            // 最大繁忙进程数
    unsigned long int requests;
    unsigned int max_children_reached;
    int lq;
    int lq_max;
    unsigned int lq_len;
    unsigned int nprocs;
    int free_proc;
    unsigned long int slow_rq;
    struct fpm_scoreboard_proc_s *procs[];
};

fpm_signals_init_main

fpm注册自己的信号量，并设置监听函数的处理逻辑。

int fpm_signals_init_main() /* {{{ */
{
    struct sigaction act;

    // 创建一个全双工套接字
    // 全双工的套接字是一个可以读、写的socket通道[0]和[1]，每个进程固定一个管道。
    // 写数据时：管道不满不会被阻塞；读数据时：管道里没有数据会阻塞(可设置)
    // 向sp[0]写入数据时，sp[0]的读取将会被阻塞,sp[1]的写管道会被阻塞，sp[1]中此时读取sp[0]的数据
    if (0 > socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, sp)) {
        zlog(ZLOG_SYSERROR, "failed to init signals: socketpair()");
        return -1;
    }

    if (0 > fd_set_blocked(sp[0], 0) || 0 > fd_set_blocked(sp[1], 0)) {
        zlog(ZLOG_SYSERROR, "failed to init signals: fd_set_blocked()");
        return -1;
    }

    if (0 > fcntl(sp[0], F_SETFD, FD_CLOEXEC) || 0 > fcntl(sp[1], F_SETFD, FD_CLOEXEC)) {
        zlog(ZLOG_SYSERROR, "falied to init signals: fcntl(F_SETFD, FD_CLOEXEC)");
        return -1;
    }

    memset(&act, 0, sizeof(act));
    act.sa_handler = sig_handler;       // 监听到信号调用这个函数
    sigfillset(&act.sa_mask);

    if (0 > sigaction(SIGTERM,  &act, 0) ||
        0 > sigaction(SIGINT,   &act, 0) ||
        0 > sigaction(SIGUSR1,  &act, 0) ||
        0 > sigaction(SIGUSR2,  &act, 0) ||
        0 > sigaction(SIGCHLD,  &act, 0) ||
        0 > sigaction(SIGQUIT,  &act, 0)) {

        zlog(ZLOG_SYSERROR, "failed to init signals: sigaction()");
        return -1;
    }
    return 0;
}

// 所有信号共用同一个处理函数
static void sig_handler(int signo) /* {{{ */
{
    static const char sig_chars[NSIG + 1] = {
        [SIGTERM] = 'T',
        [SIGINT]  = 'I',
        [SIGUSR1] = '1',
        [SIGUSR2] = '2',
        [SIGQUIT] = 'Q',
        [SIGCHLD] = 'C'
    };
    char s;
    int saved_errno;

    if (fpm_globals.parent_pid != getpid()) {
        return;
    }

    saved_errno = errno;
    s = sig_chars[signo];
    zend_quiet_write(sp[1], &s, sizeof(s)); // 将信息对应的字节写进管道sp[1]端，此时sp[1]端的读数据会阻塞;数据可以从sp[0]端读取
    errno = saved_errno;
}

fpm_sockets_init_main

每个worker pool 开启一个socket套接字。

fpm_event_init_main

这里启动master的事件管理器。用于管理IO、定时事件，其中IO事件通过kqueue、epoll、 poll、select等管理，定时事件就是定时器，一定时间后触发某个事件。同样，我们以kqueue的实现为例看下源码。

int fpm_event_init_main()
{
    // ...
    if (module->init(max) < 0) {
        zlog(ZLOG_ERROR, "Unable to initialize the event module %s", module->name);
        return -1;
    }
    // ...
}

// max用于指定kqueue事件数组的大小
static int fpm_event_kqueue_init(int max) /* {{{ */
{
    if (max < 1) {
        return 0;
    }

    kfd = kqueue();
    if (kfd < 0) {
        zlog(ZLOG_ERROR, "kqueue: unable to initialize");
        return -1;
    }

    kevents = malloc(sizeof(struct kevent) * max);
    if (!kevents) {
        zlog(ZLOG_ERROR, "epoll: unable to allocate %d events", max);
        return -1;
    }

    memset(kevents, 0, sizeof(struct kevent) * max);

    nkevents = max;

    return 0;
}

fpm_run

fpm_init到此结束，下面进入fpm_run阶段，在这个阶段master进程会根据配置fork出多个子进程然后master进程会进入fpm_event_loop(0)函数，并在这个函数内部死循环，也就是说master进程将不再执行后面的代码，后面的逻辑全部是子进程执行的操作。
master进程在fpm_event_loop里通过管道sp来监听子进程的各个事件，同时也要处理自身产生的一些事件、定时器等任务，来响应的管理子进程。内部的逻辑在介绍事件监听机制时已经详细说过。

int fpm_run(int *max_requests) /* {{{ */
{
    struct fpm_worker_pool_s *wp;

    /* create initial children in all pools */
    for (wp = fpm_worker_all_pools; wp; wp = wp->next) {
        int is_parent;

        is_parent = fpm_children_create_initial(wp);

        if (!is_parent) {
            goto run_child;
        }
    }

    /* run event loop forever */
    fpm_event_loop(0);

run_child: /* only workers reach this point */

    fpm_cleanups_run(FPM_CLEANUP_CHILD);

    *max_requests = fpm_globals.max_requests;
    return fpm_globals.listening_socket;
}

子进程处理请求

回到main函数，fpm_run后面的逻辑都是子进程在运行。首先会初始化一个fpm的request结构的变量，然后子进程会阻塞在fcgi_accept_request(request)函数上等待请求。关于fcgi_accept_request函数就是死循环一个socket编程的accept函数来接收请求，并将请求数据全部取出。

...
    
// 初始化request
request = fpm_init_request(fcgi_fd);
zend_first_try {
    // accept接收请求
    while (EXPECTED(fcgi_accept_request(request) >= 0)) {
        init_request_info();

        fpm_request_info();
        
        if (UNEXPECTED(php_request_startup() == FAILURE)) {
            // ...
        }
        if (UNEXPECTED(fpm_status_handle_request())) {
            goto fastcgi_request_done;
        }
        ...
        // 打开配置文件中DOCUMENT_ROOT设置的脚本
        if (UNEXPECTED(php_fopen_primary_script(&file_handle) == FAILURE)) {
            ...
        }
        
        fpm_request_executing();

        // 执行脚本
        php_execute_script(&file_handle);
        ...
    }
    // 销毁请求request
    fcgi_destroy_request(request);
    // fcgi退出
    fcgi_shutdown();

    if (cgi_sapi_module.php_ini_path_override) {
        free(cgi_sapi_module.php_ini_path_override);
    }
    if (cgi_sapi_module.ini_entries) {
        free(cgi_sapi_module.ini_entries);
    }
} zend_catch {
    ...
} zend_end_try();

PHP-FPM源码分析