【转】PHP Opcache的工做原理

时间 2019-11-18

标签 php opcache 原理栏目 PHP 繁體版

原文原文链接

PHP项目中，尤为是在高并发大流量的场景中，如何提高PHP的响应时间，是一项十分重要的工做。php

而Opcache又是优化PHP性能不可缺失的组件，尤为是应用了PHP框架的项目中，做用更是明显。json

1. 概述

在理解 OPCache 功能以前，咱们有必要先理解PHP-FPM + Nginx 的工做机制，以及PHP脚本解释执行的机制。浏览器

1.1 PHP-FPM + Nginx 的工做机制

请求从Web浏览器到Nginx，再到PHP处理完成，一共要经历以下五个步骤：缓存

第一步：启动服务服务器

启动PHP-FPM。PHP-FPM 支持两种通讯模式：TCP socket和Unix socket；并发
PHP-FPM 会启动两种类型的进程：Master 进程和 Worker 进程，前者负责监控端口、分配任务、管理Worker进程；后者就是PHP的cgi程序，负责解释编译执行PHP脚本。框架
启动Nginx。首先会载入 ngx_http_fastcgi_module 模块，初始化FastCGI执行环境，实现FastCGI协议请求代理socket
这里要注意：fastcgi的worker进程(cgi进程)，是由PHP-FPM来管理，不是Nginx。Nginx只是代理函数

第二步：Request => Nginx高并发

Nginx 接收请求，并基于location配置，选择一个合适handler
这里就是代理PHP的 handler

第三步：Nginx => PHP-FPM

Nginx 把请求翻译成fastcgi请求
经过TCP socket/Unix Socket 发送给PHP-FPM 的master进程

第四步：PHP-FPM Master => Worker

PHP-FPM master 进程接收到请求
分配Worker进程执行PHP脚本，若是没有空闲的Worker，返回502错误
Worker(php-cgi)进程执行PHP脚本，若是超时，返回504错误
处理结束，返回结果

第五步：PHP-FPM Worker => Master => Nginx

PHP-FPM Worker 进程返回处理结果，并关闭链接，等待下一个请求
PHP-FPM Master 进程经过Socket 返回处理结果
Nginx Handler顺序将每个响应buffer发送给第一个filter → 第二个 → 以此类推 → 最终响应发送给客户端

1.2 PHP脚本解释执行的机制

了解了PHP + Nginx 总体的处理流程后，咱们接下来看一下PHP脚本具体执行流程，

首先咱们看一个实例：

<?php
if (!empty($_POST)) {
    echo "Response Body POST: ", json_encode($_POST), "\n";
}

if (!empty($_GET)) {
    echo "Response Body GET: ", json_encode($_GET), "\n";
}

咱们分析一下执行过程：

php初始化执行环节，启动Zend引擎，加载注册的扩展模块
初始化后读取脚本文件，Zend引擎对脚本文件进行词法分析(lex)，语法分析(bison)，生成语法树
Zend 引擎编译语法树，生成opcode，
Zend 引擎执行opcode，返回执行结果

在PHP cli模式下，每次执行PHP脚本，四个步骤都会依次执行一遍；

在PHP-FPM模式下，步骤1)在PHP-FPM启动时执行一次，后续的请求中再也不执行；步骤2)~4)每一个请求都要执行一遍；

其实步骤2)、3)生成的语法树和opcode，同一个PHP脚本每次运行的结果都是同样的，

在PHP-FPM模式下，每次请求都要处理一遍，是对系统资源极大的浪费，那么有没有办法优化呢？

固然有，如：

OPCache：前身是Zend Optimizer+ ，是 Zend Server 的一个开源组件；官方出品，强力推荐
APC：Alternative PHP Cache 是一个开放自由的 PHP opcode 缓存组件，用于缓存、优化 PHP 中间代码；已经不更新了不推荐
APCu：是APC的一个分支，共享内存，缓存用户数据，不能缓存opcode，能够配合Opcache 使用
eAccelerate：一样是不更新了，不推荐
xCache：再也不推荐使用了

2. OPCache 介绍

OPCache 是Zend官方出品的，开放自由的 opcode 缓存扩展，还具备代码优化功能，省去了每次加载和解析 PHP 脚本的开销。

PHP 5.5.0 及后续版本中已经绑定了 OPcache 扩展。

缓存两类内容:

OPCode
Interned String，如注释、变量名等

3. OPCache 原理

OPCache缓存的机制主要是：将编译好的操做码放入共享内存，提供给其余进程访问。

这里就涉及到内存共享机制，另外全部内存资源操做都有锁的问题，咱们一一解读。

3.1 共享内存

UNIX/Linux 系统提供不少种进程间内存共享的方式：

System-V shm API: System V共享内存,

sysv shm是持久化的，除非被一个进程明确的删除，不然它始终存在于内存里，直到系统关机；

mmap API：

mmap映射的内存在不是持久化的，若是进程关闭，映射随即失效，除非事先已经映射到了一个文件上
内存映射机制mmap是POSIX标准的系统调用，有匿名映射和文件映射两种
mmap的一大优势是把文件映射到进程的地址空间
避免了数据从用户缓冲区到内核page cache缓冲区的复制过程；
固然还有一个优势就是不须要频繁的read/write系统调用

POSIX API：System V 的共享内存是过期的, POSIX共享内存提供了使用更简单、设计更合理的API.
Unix socket API

OPCache 使用了前三个共享内存机制，根据配置或者默认mmap 内存共享模式。

依据PHP字节码缓存的场景，OPCache的内存管理设计很是简单，快速读写，不释放内存，过时数据置为Wasted。

当Wasted内存大于设定值时，自动重启OPCache机制，清空并从新生成缓存。

3.2 互斥锁

任何内存资源的操做，都涉及到锁的机制。

共享内存：一个单位时间内，只容许一个进程执行写操做，容许多个进程执行读操做；

写操做同时，不阻止读操做，以致于不多有锁死的状况。

这就引起另一个问题：新代码、大流量场景，进程排队执行缓存opcode操做；重复写入，致使资源浪费。

4. OPCache 缓存解读

OPCache 是官方的Opcode 缓存解决方案，在PHP5.5版本以后，已经打包到PHP源码中一块儿发布。

它将PHP编译产生的字节码以及数据缓存到共享内存中, 在每次请求，从缓存中直接读取编译后的opcode，进行执行。

经过节省脚本的编译过程，提升PHP的运行效率。

若是正在使用APC扩展，作一样的工做，如今强烈推荐OPCache来代替，尤为是PHP7中。

4.1 OPCode 缓存

Opcache 会缓存OPCode以及以下内容：

PHP脚本涉及到的函数
PHP脚本中定义的Class
PHP脚本文件路径
PHP脚本OPArray
PHP脚本自身结构/内容

4.2 Interned String 缓存

首先咱们须要理解，什么是 Interned String？

在PHP5.4的时候, 引入了Interned String机制, 用于优化PHP对字符串的存储和处理。

尤为是处理大块的字符串，好比PHP doces时，Interned String 能够优化内存。

Interned String 缓存的内容包括：变量名称、类名、方法名、字符串、注释等。

在PHP-FPM模式中，Interned String 缓存字符，仅限于Worker 进程内部。

而缓存到OPCache中，那么Worker进程之间可使用 Interned String 缓存的字符串，节省内存。

咱们须要注意一个事情，在PHP开发中，通常会有大段的注释，也会被缓存到OPCache中。

能够经过php.ini的配置，关闭注释的缓存。

可是，像Zend Framework等框架中，会引用注释，因此，是否关闭注释的缓存，须要区别对待。

5. OPCache 更新策略

是缓存，都存在过时，以及更新策略等。

而OPCache的更新策略很是简单，到期数据置为Wasted，达到设定值，清空缓存，重建缓存。

这里须要注意：在高流量的场景下，重建缓存是一件很是耗费资源的事儿。

OPCache 在建立缓存时并不会阻止其余进程读取。

这会致使大量进程反复新建缓存。因此，不要设置OPCache过时时间

每次发布新代码时，都会出现反复新建缓存的状况。如何避免呢？

不要在高峰期发布代码，这是任何状况下都要遵照的规则
代码预热，好比使用脚本批量调PHP 访问URL，或者使用OPCache 暴露的API 如opcache_compile_file() 进行编译缓存

6. OPCache 的配置

6.1 内存配置

opcache.preferred_memory_model="mmap" OPcache 首选的内存模块。若是留空，OPcache 会选择适用的模块，一般状况下，自动选择就能够知足需求。可选值包括： mmap，shm, posix 以及 win32。
opcache.memory_consumption=64 OPcache 的共享内存大小，以兆字节为单位，默认64M
opcache.interned_strings_buffer=4 用来存储临时字符串的内存大小，以兆字节为单位，默认4M
opcache.max_wasted_percentage=5 浪费内存的上限，以百分比计。若是达到此上限，那么 OPcache 将产生从新启动续发事件。默认5

6.2 容许缓存的文件数量以及大小

opcache.max_accelerated_files=2000 OPcache 哈希表中可存储的脚本文件数量上限。真实的取值是在质数集合 { 223, 463, 983, 1979, 3907, 7963, 16229, 32531, 65407, 130987 } 中找到的第一个大于等于设置值的质数。设置值取值范围最小值是 200，最大值在 PHP 5.5.6 以前是 100000，PHP 5.5.6 及以后是 1000000。默认值2000
opcache.max_file_size=0 以字节为单位的缓存的文件大小上限。设置为 0 表示缓存所有文件。默认值0

6.3 注释相关的缓存

opcache.load_comments boolean 若是禁用，则即便文件中包含注释，也不会加载这些注释内容。本选项能够和 opcache.save_comments 一块儿使用，以实现按需加载注释内容。
opcache.fast_shutdown boolean 若是启用，则会使用快速中止续发事件。所谓快速中止续发事件是指依赖 Zend 引擎的内存管理模块一次释放所有请求变量的内存，而不是依次释放每个已分配的内存块。

6.4 二级缓存的配置

opcache.file_cache 配置二级缓存目录并启用二级缓存。启用二级缓存能够在 SHM 内存满了、服务器重启或者重置 SHM 的时候提升性能。默认值为空字符串 ""，表示禁用基于文件的缓存。
opcache.file_cache_only boolean 启用或禁用在共享内存中的 opcode 缓存。
opcache.file_cache_consistency_checks boolean 当从文件缓存中加载脚本的时候，是否对文件的校验和进行验证。
opcache.file_cache_fallback boolean 在 Windows 平台上，当一个进程没法附加到共享内存的时候，使用基于文件的缓存，也即：opcache.file_cache_only=1。须要显示的启用文件缓存。

原文地址：http://kevhu.com/php/551#

扫二维码，关注更多PHP资讯！