Linux -- PHP-FPM的源码解析和模型

1．进程管理模式

PHP-FPM由1个master进程和N个worker进程组成。其中，Worker进程由master进程fork而来。

PHP-FPM有3种worker进程管理模式。

1. Static

初始化时调用fpm_children_make(wp,0,0,1)函数fork出pm.max_children数量的worker进程，后续不再动态增减worker进程数量

2. Dynamic

初始化时调用fpm_children_make(wp,0,0,1)函数fork出pm.start_servers数量的worker进程，然后由每隔1秒触发的心跳事件fpm_pctl_perform_idle_server_maintenance()来维护空闲woker进程数量：空闲worker进程数量若多于pm.max_spare_servers则kill进程，若少于pm.min_spare_servers则fork进程。

3. Ondemand

初始化时不生成worker进程，但注册事件ondemand_event监听listening_socket。当listen_socket收到request，先检查是否存在已生成的空闲的worker进程，若存在就使用这个空闲进程，否则fork一个新的进程。每隔1秒触发的心跳事件fpm_pctl_perform_idle_server_maintenance()会kill掉空闲时间超过pm.process_idle_timeout的worker进程

2. 标准IO

FastCGI的典型流程如下：

(1)     web server(例如nginx或apache)接受到一个请求。然后，web server通过unix域socket或TCP socket连接到FastCGI应用。

(2)     FastCGI应用可以选择接受或拒绝这个连接。如果接受了连接，FastCGI应用会试图从stream中读取到一个packet

(3)     Web server发送的第一个packet是BEGIN_REQUEST packet。BEGIN_REQUEST packet包含一个独一无二的request ID。所有该request的后续packet都被这个ID标记。

Unix系统中，标准输入的文件描述符是0，标准输出的文件描述符是1，标准错误输出的文件描述符是2，宏定义如下：

#define STDIN_FILENO  0

#define STDOUT_FILENO  1

#define STDERR_FILENO  2

PHP-FPM重定向了这三个标准IO。

在master进程中，STDIN_FILENO(0)和STDOUT_FILENO(1)均重定向到”/dev/null”。 STDERR_FILENO(2)重定向到error_log。

在worker进程中，STDIN_FILENO(0)重定向到listening_socket。如果catch_workers_output为no的话，STDOUT_FILENO(1)和STDERR_FILENO(2)均重定向到”/dev/null”。否则，STDOUT_FILENO(1)重定向到1个pipe的写端，而这个pipe的fd读端保存于master进程child链表对应的child节点结构的fd_stdout元素上。同样的，STDERR_FILENO(2)也重定向到1个pipe的写端，而这个pipe的读端fd保存于master进程child链表对应的child节点结构的fd_stderr元素上。以上两个位于master进程的pipe读端由master进程的reactor进行监听。

3. 进程间通信模型

PHP-FPM中的进程间通信主要分为

1. Master进程和worker进程之间的通信

前面讲过master进程和worker进程间有两条pipe。Worker进程向STDOUT_FILE或STDERR_FILENO中写信息，master进程收到信息后写入log。Master进程用reactor监听两个pipe

2. Web server与worker进程之间的通信

Worker进程阻塞在accept(listening socket)监听web server

3. Web server与master进程之间的通信

当pm模式是ondemand时，master进程会在reactor注册listening_socket的监听事件。当有request到来，master进程将生成一个worker进程

PHP-FPM采用的进程模型是进程池。Worker进程继承由master进程socket(),bind(),listen()的socket fd并直接阻塞在accept()上。当有一个request到来，进程池中的一个worker进程接受request。当这个worker进程完成执行，就会返回进程池等待新的request。这事实上是leader/follower模式。在leader/follower模式中，仅有leader阻塞等待，其他进程都在sleep。同样的，在FPM中，由于linux内核解决了accept()的惊群问题，新request同样只会唤醒一个worker进程。在这里，leader的继任是由linux内核决定的(当然，你也可以用mutex守卫accept代码段来确保leader只有一位)。

Worker进程处理所有IO和逻辑。Master进程负责worker进程的生成和销毁。Master进程的Reactor注册了三个可读事件和四个定时器事件。当pm是ondemand时，额外注册一个可读事件。三个可读事件分别是1个信号事件,2个pipe事件。

Fpm_event_s 结构：

struct fpm_event_s {

         int fd;                

         struct timeval timeout;  

         struct timeval frequency;

         void (*callback)(struct fpm_event_s *, short, void *);

         void *arg;

         int flags;

         int index;              

         short which;          

};

Flags代表该事件的类型。FPM中flags的值有三种：

FPM_EV_READ : 可读事件

FPM_EV_PERSIST : 心跳事件

FPM_EV_READ | FPM_EV_EDGE : 边缘触发的可读事件

Which代表该事件位于哪个事件队列。其值有两种：

FPM_EV_READ : 位于可读事件队列

FPM_EV_TIMEOUT : 位于定时器事件队列

事件队列的结构是双向链表

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;

static struct fpm_event_queue_s *fpm_event_queue_timer = NULL;

static struct fpm_event_queue_s *fpm_event_queue_fd = NULL;  

fpm_event_queue_timer是定时器事件队列，fpm_event_queue_fd是可读事件队列。定时器事件队列并没有采用最小堆，红黑树或事件轮等结构，因为这个队列非常小，没有必要使用这些复杂结构。但是如果把定时器事件队列改为升序链表，对性能应该会有提升。

Fd和index仅在可读事件中使用。fd表示被监听的文件描述符。Index的值与使用哪个IO复用API有关。在epoll和select中，index的值等于fd的值。在poll中，index是该fd在描述符集fds[]中位置的下标。在心跳事件中，fd == -1，index == -1。

Struct timeval timeout和struct timeval frequency仅在心跳事件中使用。frequency表示每隔多少时间触发一次心跳事件，Timeout表示下一次触发心跳事件的时刻，通常由now与frequency相加而得。在可读事件中，这两个结构不设置。

Signal_fd_event事件

先来看fpm中的信号处理。

int fpm_signals_init_main() /* {{{ */

{

         struct sigaction act;

        /* create socketpair*/

         if ( > socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, , sp)) {

                   zlog(ZLOG_SYSERROR, "failed to init signals: socketpair()");

                   return -;

         }

        /*将两个socket设为NONBLOCK*/

         if ( > fd_set_blocked(sp[], ) ||  > fd_set_blocked(sp[], )) {

                   zlog(ZLOG_SYSERROR, "failed to init signals: fd_set_blocked()");

                   return -;

         }

        /*如果程序成功地运行完毕，则自动关闭这两个fd*/

         if ( > fcntl(sp[], F_SETFD, FD_CLOEXEC) ||  > fcntl(sp[], F_SETFD, FD_CLOEXEC)) {

                   zlog(ZLOG_SYSERROR, "falied to init signals: fcntl(F_SETFD, FD_CLOEXEC)");

                   return -;

         }

         memset(&act, , sizeof(act));

        /* 将信号处理函数设为sig_handler*/

         act.sa_handler = sig_handler;

        /* 将所有信号加入信号集*/

         sigfillset(&act.sa_mask);

        /* 更改指定信号的action */

         if ( > sigaction(SIGTERM,  &act, ) ||

              > sigaction(SIGINT,   &act, ) ||

              > sigaction(SIGUSR1,  &act, ) ||

              > sigaction(SIGUSR2,  &act, ) ||

              > sigaction(SIGCHLD,  &act, ) ||

              > sigaction(SIGQUIT,  &act, )) {

                   zlog(ZLOG_SYSERROR, "failed to init signals: sigaction()");

                   return -;

         }

         return ;

}

master进程注册了SIGTERM，SIGINT，SIGUSR1，SIGUSR2，SIGCHLD，SIGQUIT，并创建了socketpair sp[]。当收到这些信号时，master进程将向sp[1]中写一个代表该信号的字符。

[SIGTERM] = 'T',

[SIGINT]  = 'I',

[SIGUSR1] = '1',

[SIGUSR2] = '2',

[SIGQUIT] = 'Q',

[SIGCHLD] = 'C'

Sp[0]就是Signal_fd_event事件监听的fd。该事件的回调函数对不同的信号(从sp[0]读到的代表信号的字符)做出不同的反应。

信号SIGCHLD:

调用fpm_children_bury();该函数调用waitpid()分析子进程的status，根据情况决定是否重启子进程。

信号SIGINT , SIGTERM:

调用fpm_pctl(FPM_PCTL_STATE_TERMINATING, FPM_PCTL_ACTION_SET);把fpm的状态改为terminating

信号SIGQUIT

调用fpm_pctl(FPM_PCTL_STATE_FINISHING, FPM_PCTL_ACTION_SET); 把fpm的状态改为finishing

信号SIGUSR1

调用fpm_stdio_open_error_log(1)重启error log file

调用fpm_log_open(1)重启access log file 并重启所有子进程

信号SIGUSR2

调用fpm_pctl(FPM_PCTL_STATE_RELOADING, FPM_PCTL_ACTION_SET); 把fpm的状态改为reloading

子进程的信号处理

子进程关闭了socketpair,并把SIGTERM,SIGINT,SIGUSR1,SIGUSR2,SIGHLD重新设为默认动作，把SIGQUIT设为soft quit。

int fpm_signals_init_child() /* {{{ */

{

         struct sigaction act, act_dfl;

         memset(&act, , sizeof(act));

         memset(&act_dfl, , sizeof(act_dfl));

         act.sa_handler = &sig_soft_quit;

         // 当system call或library function阻塞时一个信号到来。系统默认会返回错误并设置errno为EINTR.这里设为自动重启

         act.sa_flags |= SA_RESTART;

         act_dfl.sa_handler = SIG_DFL;

         close(sp[]);

         close(sp[]);

         if ( > sigaction(SIGTERM,  &act_dfl,  ) ||

              > sigaction(SIGINT,   &act_dfl,  ) ||

              > sigaction(SIGUSR1,  &act_dfl,  ) ||

              > sigaction(SIGUSR2,  &act_dfl,  ) ||

              > sigaction(SIGCHLD,  &act_dfl,  ) ||

              > sigaction(SIGQUIT,  &act,      )) {

                   zlog(ZLOG_SYSERROR, "failed to init child signals: sigaction()");

                   return -;

         }

         zend_signal_init();

         return ;

}

其一是可读事件队列。其二是定时器(timer)队列。