【PHP内核学习】深入理解FastCGI

本文github地址：https://github.com/wusuopubupt/phpLib/blob/master/%E6%B7%B1%E5%85%A5%E7%90%86%E8%A7%A3FastCGI

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|=------------------------=[ 深入理解FastCGI ]=--------------------------=|
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|=--------------------------=[  by d4shman  ]=---------------------------=|
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|=-------------------------=[  May 7, 2014  ]=---------------------------=|
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[目录]

0x01 什么是FastCGI
0x02 FastCGI的工作流程
0x03 PHP中的CGI实现
0x04 PHP-FMP与FastCGI
0x05 参考文献

0x01 什么是FastCGI

    CGI全称是“通用网关接口”( Common Gateway Interface),它可以让一个客户端从
网页浏览器向执行在web服务器上的程序请求数据。CGI描述了客户端和这个程序之间传
递数据的一种标准。

    FastCGI是web服务器和处理程序之间通讯的一种协议， 是CGI的一种改进方案， 
FastCGI像是一个常驻(long live)型的CGI, 它可以一直执行，在请求到达时不会花费
时间去fork一个进程来处理（这是CGI最为人诟病的fork-and-execute模式）。

    CGI程序反复加载是CGI性能低下的主要原因，FastCGI将CGI解释器进程保持在内存
内中，以此获得较高的性能。同时，FastCGI还支持分布式计算，也就是说，Web Server
和FastCGI可以部署在不同的服务器上。

0x02 FastCGI的工作流程

    1.Web server启动时载入FastCGI进程管理器(Apache Module、IIS ISAPI、php-fpm等)
    2.FastCGI进程管理器自身初始化，启动多个CGI解释器进程php-cgi并等待来自
      Web Server的连接。
    3.当客户端的请求到达Web Server时，FastCGI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。
    4.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。
      php-cgi关闭本次连接并等待下次连接。

0x03 PHP中的CGI实现

    PHP中的CGI实现了FastCGI协议，是一个TCP或UDP协议的服务器接受来自Web服务
器的请求，当启动时创建TCP/UDP协议的服务器socket监听，并接受相关请求进行处理。
随后就进入了PHP的生命周期:模块初始化,sapi初始化，处理PHP请求，模块关闭，sapi
关闭。以上构成了PHP中CGI的生命周期。

    以TCP为例，在TCP的服务端，一般会执行这样的几个操作步骤：
    
    1.调用socket函数创建一个TCP用的流式套接字
    2.调用bind函数将服务器的本地地址与前面创建的套接字绑定
    3.调用listen函数监听新创建的套接字，等待客户端发起的连接请求
    4.服务器进程调用accept函数进入阻塞状态，知道有客户进程调用connect函数建
      立连接
    5.当连接建立后，服务器调用read_stream函数读取客户端的请求
    6.处理完数据后，服务器调用write函数向客户端发送应答
    
    <!-------------- 这就是活生生的socket通信啊 --------------->
     
    下面从PHP源码来看这个过程：
    (以下代码我只保留了关键部分，完整代码请自行查看PHP源码)

    1.socket的创建、绑定和监听(在源码的sapi/cgi/fastcgi.c中)

    /* Create, bind socket and start listen on it */
    if ((listen_socket = socket(sa.sa.sa_family, SOCK_STREAM, 0)) < 0 ||
    #ifdef SO_REUSEADDR
        setsockopt(listen_socket, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (char*)&reuse, sizeof(reuse)) < 0 ||
    #endif
        bind(listen_socket, (struct sockaddr *) &sa, sock_len) < 0 ||
        listen(listen_socket, backlog) < 0) {
    
        fprintf(stderr, "Cannot bind/listen socket - [%d] %s.\n",errno, strerror(errno));
        return -1;
    }

    2.当服务端初始化完成后，进程调用accept函数进入阻塞状态，在main函数中我们看到如下代码：

    while (parent) {
        do {
            pid = fork();   //  fork出新的子进程
            switch (pid) {
            case 0: 
                parent = 0;
    
                /* don‘t catch our signals */
                sigaction(SIGTERM, &old_term, 0);   //  终止信号
                sigaction(SIGQUIT, &old_quit, 0);   //  终端退出符
                sigaction(SIGINT,  &old_int,  0);   //  终端中断符
                break;
                ...
                default:
                /* Fine */
                running++;
                break;
        } while (parent && (running < children));
    	/* 调用fcgi_accept_request接受请求 */
        while (!fastcgi || fcgi_accept_request(&request) >= 0) {
    		SG(server_context) = (void *) &request;
    		init_request_info(TSRMLS_C);
    		CG(interactive) = 0;
        }
    }

    3.调用read函数读取客户端请求：

    static int fcgi_read_request(fcgi_request *req)
    {
        fcgi_header hdr;
        int len, padding;
        unsigned char buf[FCGI_MAX_LENGTH+8];
        
        req->keep = 0;
        req->closed = 0;
        req->in_len = 0;
        req->out_hdr = NULL;
        req->out_pos = req->out_buf;
        req->has_env = 1;
        /*调用sage_read读取fcgi_request类型的数据req*/
        if (safe_read(req, &hdr, sizeof(fcgi_header)) != sizeof(fcgi_header) ||
            hdr.version < FCGI_VERSION_1) {
            return 0;
        }
    }
    
    在请求初始化完成，读取请求完毕后，就该处理请求的PHP文件了。 假设此次请求
为PHP_MODE_STANDARD则会调用php_execute_script执行PHP文件。在此函数中它先初始化
此文件相关的一些内容，然后再调用zend_execute_scripts函数，对PHP文件进行词法分析
和语法分析，生成中间代码， 并执行zend_execute函数，从而执行这些中间代码。

    4.fastCGI处理完成

    int fcgi_finish_request(fcgi_request *req, int force_close)
    {
        int ret = 1;
    
        if (req->fd >= 0) {
            if (!req->closed) {
                ret = fcgi_flush(req, 1);
                req->closed = 1;
            }
            fcgi_close(req, force_close, 1);
        }
        return ret;
    }

    如上，当socket处于打开状态（reg->fd >= 0），并且请求未关闭，则会将执行后的结果
刷到客户端，并将请求的关闭设置为真。 将数据刷到客户端的程序调用的是fcgi_flush函数。
在此函数中，关键是在于答应头的构造和写操作。 程序的写操作是调用的safe_write函数，而
safe_write函数中对于最终的写操作针对win和linux环境做了区分，在Win32下，如果是TCP连接
则用send函数，如果是非TCP则和非win环境一样使用write函数。如下代码：
    
    static inline ssize_t safe_write(fcgi_request *req, const void *buf, size_t count)
    {
        int    ret;
        size_t n = 0;
    
        do {
            errno = 0;
        #ifdef _WIN32 /*win32环境*/
            if (!req->tcp) { /*非TCP连接，调用write函数*/
                ret = write(req->fd, ((char*)buf)+n, count-n);
            } else {         /*TCP连接，调用send函数*/
                ret = send(req->fd, ((char*)buf)+n, count-n, 0);
                if (ret <= 0) {
                    errno = WSAGetLastError();
                }
            }
        #else  /*其他环境, 调用write函数*/
            ret = write(req->fd, ((char*)buf)+n, count-n);
        #endif
            if (ret > 0) {
                n += ret;
            } else if (ret <= 0 && errno != 0 && errno != EINTR) {
                return ret;
            }
        } while (n != count);
        return n;
    }

    以上就是基于TCP连接的PHP FastCGI的实现过程。

0x04 PHP-FMP与FastCGI
    PHP-FPM全称是PHP-FastCGI Process Manager(PHP的FastCGI进程管理器)。
我们知道，PHP的解释器是php-cgi。但是php-cgi只是个CGI程序，本身只能解析请求，返回结果，
不会进程管理，所以就出现了一些能够调度php-cgi进程的程序，PHP-FPM也是这么诞生的。

0x05 参考文献

《深入理解PHP内核》
《HTTP权威指南》

    	

【PHP内核学习】深入理解FastCGI,布布扣,bubuko.com