PHP强化之22 - CGI、FastCGI与PHP-FPM

1、简介

在搭建 LAMP/LNMP 服务器时，会常常遇到 PHP-FPM、FastCGI和CGI 这几个概念。若是对它们只知其一;不知其二，很难搭建出高性能的服务器。接下来咱们就以图形方式，解释这些概念之间的关系。

2、原理

在整个网站架构中，Web Server（如Apache）只是内容的分发者。举个栗子，若是客户端请求的是 index.html，那么Web Server会去文件系统中找到这个文件，发送给浏览器，这里分发的是静态数据。

 

若是请求的是 index.php，根据配置文件，Web Server知道这个不是静态文件，须要去找 PHP 解析器来处理，那么他会把这个请求简单处理，而后交给PHP解析器。

 

当Web Server收到 index.php 这个请求后，会启动对应的 CGI 程序，这里就是PHP的解析器。接下来PHP解析器会解析php.ini文件，初始化执行环境，而后处理请求，再以CGI规定的格式返回处理后的结果，退出进程，Web server再把结果返回给浏览器。这就是一个完整的动态PHP Web访问流程。

为了方便理解，如下是对相关概念的简单解释：

• CGI（Common Gateway Interface）：通用网关接口，是 Web Server 与 Web Application 之间数据交换的一种协议。
• FastCGI（Fast Common Gateway Interface）：同 CGI，是一种通讯协议，但比 CGI 在效率上作了一些优化。一样，SCGI 协议与 FastCGI 相似。
• PHP-CGI：是 PHP （Web Application）对 Web Server 提供的 CGI 协议的接口程序。
• PHP-FPM（FastCGI Process Manager）：FastCGI进程管理器，是 PHP（Web Application）对 Web Server 提供的 FastCGI 协议的接口程序，额外还提供了相对智能一些任务管理。
   
• Web Server 通常指Apache、Nginx、IIS、Lighttpd、Tomcat等服务器，
• Web Application 通常指PHP、Java、Asp.net等应用程序。

3、CGI

CGI（Common Gateway Interface）全称是“通用网关接口”，WEB 服务器与PHP应用进行“交谈”的一种工具，其程序须运行在网络服务器上。CGI能够用任何一种语言编写，只要这种语言具备标准输入、输出和环境变量。如php、perl、tcl等。

WEB服务器会传哪些数据给PHP解析器呢？URL、查询字符串、POST数据、HTTP header都会有。因此，CGI就是规定要传哪些数据，以什么样的格式传递给后方处理这个请求的协议。仔细想一想，你在PHP代码中使用的用户从哪里来的。

也就是说，CGI就是专门用来和 web 服务器打交道的。web服务器收到用户请求，就会把请求提交给cgi程序（如php-cgi），cgi程序根据请求提交的参数做出对应处理（解析php），而后输出标准的html语句，返回给web服服务器，WEB服务器再返回给客户端，这就是普通cgi的工做原理。

CGI的好处就是彻底独立于任何服务器，仅仅是作为中间分子。提供接口给apache和php。他们经过cgi搭线来完成数据传递。这样作的好处就是尽可能减小了这两个程序的关联，使他们变得更独立。

可是CGI有个蛋疼的地方，就是每一次web请求都会有启动和退出过程，也就是最为人诟病的fork-and-execute模式，这样一在大规模并发下，就死翘翘了。

PHP-CGI的不足：
1）php-cgi变动php.ini配置后需重启php-cgi才能让新的php-ini生效，不能够平滑重启。
2）直接杀死php-cgi进程，php就不能运行了。(PHP-FPM和Spawn-FCGI就没有这个问题，守护进程会平滑重新生成新的子进程。）

4、FastCGI

从根本上来讲，FastCGI是用来提升CGI程序性能的。相似于CGI，FastCGI也能够说是一种协议。

FastCGI像是一个常驻(long-live)型的CGI，它能够一直执行着，只要激活后，不会每次都要花费时间去fork一次。它还支持分布式的运算, 即 FastCGI 程序能够在网站服务器之外的主机上执行，而且接受来自其它网站服务器来的请求。

FastCGI是语言无关的、可伸缩架构的CGI开放扩展，其主要行为是将CGI解释器进程保持在内存中，并所以得到较高的性能。众所周知，CGI解释器的反复加载是CGI性能低下的主要缘由，若是CGI解释器保持在内存中，并接受FastCGI进程管理器调度，则能够提供良好的性能、伸缩性、Fail-Over特性等等。

FastCGI的工做原理：
FastCGI接口方式采用C/S结构，能够将HTTP服务器和脚本解析服务器分开，同时在脚本解析服务器上启动一个或者多个脚本解析守护进程。当HTTP服务器每次遇到动态程序时，能够将其直接交付给FastCGI进程来执行，而后将获得的结果返回给浏览器。这种方式可让HTTP服务器专注地处理静态请求，或者将动态脚本服务器的结果返回给客户端，这在很大程度上提升了整个应用系统的性能。

 

 

文字解说：
1）Web Server启动时载入FastCGI进程管理器（Apache Module或IIS ISAPI等)
2）FastCGI进程管理器自身初始化，启动多个CGI解释器进程(可建多个php-cgi)，并等待来自Web Server的链接。
3）当客户端请求到达Web Server时，FastCGI进程管理器选择并链接到一个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链接返回Web Server。当FastCGI子进程关闭链接时，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)的下一个链接。 在CGI模式中，php-cgi在此便退出了。

 

FastCGI与CGI特色：
1）对于CGI来讲，每个Web请求PHP都必须从新解析php.ini、从新载入所有扩展，并从新初始化所有数据结构。而使用FastCGI，全部这些都只在进程启动时发生一次。一个额外的好处是，持续数据库链接(Persistent database connection)能够工做。
2）因为FastCGI是多进程，因此比CGI多线程消耗更多的服务器内存，php-cgi解释器每进程消耗7至25兆内存，将这个数字乘以50或100就是很大的内存数。

5、PHP-FPM

PHP-FPM 是对于 FastCGI 协议的具体实现，他负责管理一个进程池，来处理来自Web服务器的请求。目前，PHP5.3版本以后，PHP-FPM是内置于PHP的。

由于PHP-CGI只是个CGI程序，他本身自己只能解析请求，返回结果，不会进程管理。因此就出现了一些可以调度 php-cgi 进程的程序，好比说由lighthttpd分离出来的spawn-fcgi。一样，PHP-FPM也是用于调度管理PHP解析器php-cgi的管理程序。

PHP-FPM经过生成新的子进程能够实现php.ini修改后的平滑重启。

技术的升级过程：

 

 

因此，若是要搭建一个高性能的PHP WEB服务器，目前最佳的方式是Apache/Nginx + FastCGI + PHP-FPM(+PHP-CGI)方式了。

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