PHP 常见运行模式

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    • 运行原理
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    • 运行原理
  • CLI
  • 模块模式
    • Apache子模块
    • apache模块的DLL
  • ISAPI
• 参考资料

正文

SAPI（Server Application Programming Interface）服务器应用程序编程接口。

PHP与其他应用交互的接口就是SAPI，PHP脚本要执行有很多方式，通过Web服务器，或者直接在命令行下，也可以嵌入在其他程序中。

PHP提供了一个和外部通信的接口，常见的有：cgi、fast-cgi、cli、apache模块的DLL、面向Internet服务的isapi。

关于PHP目前比较常见的五大运行模式：

1）CGI（通用网关接口/ Common Gateway Interface）

2）FastCGI（常驻型CGI / Long-Live CGI）

3）CLI（命令行运行 / Command Line Interface）

4）Web模块模式（Apache等Web服务器运行的模式）

5）ISAPI（Internet Server Application Program Interface）

备注：在PHP5.3以后，PHP不再有ISAPI模式，安装后也不再有php5isapi.dll这个文件。要在IIS6上使用高版本PHP，必须安装FastCGI 扩展，然后使IIS6支持FastCGI。

我们还可以查看php源码研究sapi的处理，在sapi目录下有：

apache2handler
cgi
cli
embed
fpm
litespeed
phpdbg

PHP的架构图：

CGI

CGI（Common Gateway Interface，通用网关接口）是一种重要的互联网技术，可以让一个客户端，从网页浏览器向执行在网络服务器上的程序请求数据。 CGI 描述了服务器和请求处理程序之间传输数据的一种标准。

CGI 即通用网关接口（Commom Gateway Interface），它把网页和WEB服务器中的执行程序连接起来，把从HTML接收的指令传递给服务器的执行程序， 再把服务器执行程序的结果返还给HTML页。CGI的跨平台性能极佳，几乎可以在任何操作系统上实现。

CGI方式在遇到连接请求先要创建CGI的子进程，激活一个CGI进程，然后处理请求，处理完后结束这个子进程。这就是fork-and-execute模式。 所以用cgi方式的服务器有多少连接请求就会有多少cgi子进程，子进程反复加载是CGI性能低下的主要原因。当用户请求数量非常多时， 会大量挤占系统的资源如内存，CPU时间等，造成效能低下。

WEB 服务器只是内容的分发者。比如 Nginx，如果客户端请求了 /index.html，那么 Nginx 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；如果客户端现在请求的是 /index.php，根据配置文件，Nginx 知道这个不是静态文件，需要去找 PHP 解析器来处理， 那么它会把这个请求经过简单处理后交给PHP 解析器。Nginx 会传哪些数据给 PHP 解析器呢？url 要有吧，查询字符串也得有吧，POST 数据也要有， HTTP 请求头 不能少吧，好的，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。

运行原理

CGI 模式运行原理：当 Nginx 收到浏览器 /index.php 这个请求后，首先会创建一个对应实现了 CGI 协议的进程，这里就是 php-cgi（PHP 解析器）。 接下来 php-cgi 会解析 php.ini 文件，初始化执行环境，然后处理请求，再以 CGI 规定的格式返回处理后的结果，退出进程。 最后，Nginx 再把结果返回给浏览器。整个流程就是一个 Fork-And-Execute 模式。当用户请求数量非常多时，会大量挤占系统的资源如内存、CPU 时间等， 造成效能低下。所以在用 CGI 方式的服务器下，有多少个连接请求就会有多少个 CGI 子进程，子进程反复加载是 CGI 性能低下的主要原因。

CGI 模式的好处就是完全独立于任何服务器，仅仅是做为一个中介：提供接口给 WEB 服务器和脚本语言或者是完全独立编程语言。 它们通过 CGI 协议搭线来完成数据传递。这样做的好处了尽量减少它们之间的关联，使得各自更加独立、互不影响。

FastCGI

FastCGI（Fast Common Gateway Interface，快速通用网关接口）是一种让交互程序与 Web 服务器通信的协议。 FastCGI 是早期通用网关接口（CGI）的增强版本。FastCGI 致力于减少网页服务器与 CGI 程序之间交互的开销，从而使服务器可以同时处理更多的网页请求。

根据定义可以知道，FastCGI 也是一种协议，是 CGI的升级版本，实现了 FastCGI 协议的程序，更像是一个常驻型（long-live）的 CGI 协议程序， 只要激活后，它可以一直执行着，以后不会每次都花费时间去fork一次。

运行原理

FastCGI 模式运行原理：

1. Web Server启动时载入FastCGI进程管理器（IIS ISAPI或Apache Module)；
2. FastCGI进程管理器自身初始化，启动多个CGI解释器进程 (可见多个php-cgi.exe或php-cgi)并等待来自Web Server的连接；
3. 当客户端请求到达Web Server时，FastCGI进程管理器选择并连接到一个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。当FastCGI子进程关闭连接时，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 WebServer中）的下一个连接。在正常的CGI模式中，php-cgi在此便退出了。

FastCGI 进程管理器启动之后，首先会解析 php.ini 文件，初始化执行环境， 然后会启动多个 CGI 协议解释器守护进程 (进程管理中可以看到多个 php-cgi 或 php-cgi.exe)，并等待来自 WEB 服务器的连接； 当客户端请求到达 WEB 服务器时，FastCGI 进程管理器会选择并连接到一个 CGI 解释器， WEB 服务器将 CGI环境变量和标准输入发送到 FastCGI 的子进程 php-cgi 中； php-cgi 子进程完成处理后便将标准输出和错误信息返回给 WEB 服务器；此时 php-cgi 子进程就会关闭连接，该请求便处理结束， 接着继续等待并处理来自 FastCGI 进程管理器的下一个请求连接。

FastCGI 模式采用了 C/S 结构，可以将 WEB 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 WEB 服务器每次遇到动态程序时，可以将其直接交付给 FastCGI 进程来执行，然后将得到的结果返回给浏览器。 这种方式可以让 WEB 服务器专一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，这在很大程度上提高了整个应用系统的性能。

另外，在 CGI 模式下，php-cgi 在 php.ini 配置变更后，需要重启 php-cgi 进程才能让新的 php-ini 配置生效，不可以平滑重启。 而在 FastCGI 模式下，PHP-FPM 可以通过生成新的子进程来实现 php.ini 修改后的平滑重启。

PHP-FPM（PHP-FastCGI Process Manager）是 PHP 语言中实现了 FastCGI 协议的进程管理器， 由 Andrei Nigmatulin 编写实现，已被 PHP 官方收录并集成到内核中。

在CGI模式中，你可以想象 CGI通常有多慢。每一个Web请求PHP都必须重新解析php.ini、重新载入全部dll扩展并重初始化全部数据结构。 使用FastCGI，所有这些都只在进程启动时发生一次。一个额外的好处是，持续数据库连接（Persistent database connection）可以工作。

PHP使用PHP-FPM（FastCGI Process Manager），全称PHP FastCGI 进程管理器进行管理。

备注：PHP的FastCGI进程管理器是PHP-FPM（PHP-FastCGI Process Manager）

【优点】

1. 从稳定性上看，FastCGI是以独立的进程池来运行CGI，单独一个进程死掉，系统可以很轻易的丢弃，然后重新分配新的进程来运行逻辑；

2. 从安全性上看，FastCGI支持分布式运算。FastCGI和宿主的Server完全独立，FastCGI怎么down也不会把Server搞垮；

3. 从性能上看，FastCGI把动态逻辑的处理从Server中分离出来，大负荷的IO处理还是留给宿主Server，这样宿主Server可以一心一意作IO， 对于一个普通的动态网页来说, 逻辑处理可能只有一小部分，大量的是图片等静态。

【缺点】

用FastCGI模式更适合生产环境的服务器。但对于开发用机器来说就不太合适。因为当调试程序时，由于 FastCGI会认为 PHP进程超时，从而在页面返回 500错误。 对某些服务器的新版本支持不好，对分布式负载均衡没要求的模块化安装是否是更好的选择。目前的FastCGI和Server沟通还不够智能， 一个FastCGI进程如果执行时间过长会被当成是死进程杀掉重起，这样在处理长时间任务的时候很麻烦，这样做也使得FastCGI无法允许联机调试。 因为是多进程，所以比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。

PHP-FPM：实现了fast-cgi协议，直接管理多个php-cgi进程/线程。也就是说，php-fpm是php-cgi的进程管理器。因此它也算是fast-cgi协议的实现。 php的运行原理，就是在服务器启动时，自动载入PHP-FPM进程管理器，从而管理多个PHP-CGI进程来准备响应用户的请求，如下图所示：

CLI

PHP-CLI是PHP Command Line Interface的简称，如同它名字的意思，就是PHP在命令行运行的接口，与PHP-CGI、ISAPI等在Web服务器上运行的PHP环境形成区别。 也就是说，PHP不单可以写前台网页，它还可以用来写后台的程序。 PHP的CLI Shell脚本适用于所有的PHP优势，使创建要么支持脚本或系统甚至与GUI应用程序的服务端， 在Windows和Linux下都是支持PHP-CLI模式的。

【优点】

1. 使用多进程，子进程结束以后，内核会负责回收资源；

2. 使用多进程，子进程异常退出不会导致整个进程Thread退出，父进程还有机会重建流程；

3. 一个常驻主进程，只负责任务分发，逻辑更清楚。

我们在Linux下经常使用”php –m”查找PHP安装了那些扩展就是PHP命令行运行模式；有兴趣的同学可以输入”php –h”去深入研究该运行模式。 因为有 CLI 的存在，我们可以直接在终端命令行里运行 PHP 脚本，就像使用 shell、Python 那样，不用依赖于 WEB 服务器。

模块模式

模块模式是以mod_php5模块的形式集成，此时mod_php5模块的作用是接收Apache传递过来的PHP文件请求，并处理这些请求，然后将处理后的结果返回给Apache。 如果我们在Apache启动前在其配置文件中配置好了PHP模块（mod_php5）， PHP模块通过注册apache2的ap_hook_post_config挂钩， 在Apache启动的时候启动此模块以接受PHP文件的请求。

除了这种启动时的加载方式，Apache的模块可以在运行的时候动态装载，这意味着对服务器可以进行功能扩展而不需要重新对源代码进行编译， 甚至根本不需要停止服务器。我们所需要做的仅仅是给服务器发送信号HUP或者AP_SIG_GRACEFUL通知服务器重新载入模块。但是在动态加载之前， 我们需要将模块编译成为动态链接库。此时的动态加载就是加载动态链接库。 Apache中对动态链接库的处理是通过模块mod_so来完成的， 因此mod_so模块不能被动态加载，它只能被静态编译进Apache的核心。这意味着它是随着Apache一起启动的。

Apache是如何加载模块的呢？我们以前面提到的mod_php5模块为例。首先我们需要在Apache的配置文件httpd.conf中添加一行：

LoadModule php5_module modules/mod_php5.so 

这里我们使用了LoadModule命令，该命令的第一个参数是模块的名称，名称可以在模块实现的源码中找到。第二个选项是该模块所处的路径。 如果需要在服务器运行时加载模块，可以通过发送信号HUP或者AP_SIG_GRACEFUL给服务器，一旦接受到该信号，Apache将重新装载模块，而不需要重新启动服务器。

该运行模式是我们以前在windows环境下使用apache服务器经常使用的，而在模块化（DLL）中，PHP是与Web服务器一起启动并运行的。 （它是apache在CGI的基础上进行的一种扩展，加快PHP的运行效率）。

• Apache + mod_php
• lighttp + spawn-fcgi
• nginx + PHP-FPM

Apache子模块

PHP 常常与 Apache 服务器搭配形成 LAMP 配套的运行环境。把 PHP 作为一个子模块集成到 Apache 中，就是 Module 模式，Apache 中的常见配置如下：

LoadModule php5_module modules/mod_php5.so

这使用了 LoadModule 命令，该命令的第一个参数是模块的名称，名称可以在模块实现的源码中找到。第二个选项是该模块所处的路径。 如果需要在服务器运行时加载模块，可以通过发送信号 HUP 或者 AP_SIG_GRACEFUL 给服务器，一旦接受到该信号，Apache 将重新装载模块， 而不需要重新启动服务器。通过注册到 apache2 的 ap_hook_post_config 挂钩，在 Apache 启动的时候启动此模块以接受 PHP 文件的请求。

例如，当客户端访问 PHP 文件时，Apache 就会调用 php5_module 来解析 PHP 脚本。Apache 每接收到一个请求， 都会产生一个进程来连接 PHP 完成请求。在 Module 模式下，有时候会因为把 PHP 作为模块编进 Apache， 而导致出现问题时很难定位是 PHP 的问题还是 Apache 的问题。

过去，凭借着丰富的模块和功能，企业往往将 Apache 作为 WEB 服务器，于是以 Module 模式运行的 PHP + Apache 的组合很常见。 近些年，以异步事件驱动、高性能的 Nginx 服务器的崛起，市场份额快速增长，以 FastCGI 模式运行的 PHP + Nginx 组合， 拥有更佳的性能，有赶超 Apache 的趋势。

apache模块的DLL

APACHE2HANDLER

PHP作为Apache模块，Apache服务器在系统启动后，预先生成多个进程副本驻留在内存中，一旦有请求出 现，就立即使用这些空余的子进程进行处理， 这样就不存在生成子进程造成的延迟了。这些服务器副本在处理完一次HTTP请求之后并不立即退出，而是停留在计 算机中等待下次请求。 对于客户浏览器的请求反应更快，性能较高。

apache模块的DLL： 该运行模式是我们以前在windows环境下使用apache服务器经常使用的，而在模块化(DLL)中，PHP是与Web服务器一起启动并运行的。 （是apache在CGI的基础上进行的一种扩展，加快PHP的运行效率）

ISAPI

ISAPI（Internet Server Application Program Interface）是微软提供的一套面向 Internet 服务的 API 接口，一个 ISAPI 的 DLL， 可以在被用户请求激活后长驻内存，等待用户的另一个请求，还可以在一个 DLL 里设置多个用户请求处理函数， 此外，ISAPI 的 DLL 应用程序和 WEB 服务器处于同一个进程中，效率要显著高于 CGI。由于微软的排他性，只能运行于 Windows 环境。

参考资料

PHP 五大运行模式 https://www.cnblogs.com/xuey/p/10059050.html

PHP 运行模式 https://segmentfault.com/a/1190000014547406

TIPI: 深入理解PHP内核 » 第二章 用户代码的执行 » 第二节 SAPI概述 http://www.php-internals.com/book/?p=chapt02/02-02-00-overview

PHP 的命令行模式 https://www.php.net/manual/zh/features.commandline.php

php常见的四种运行模式（SAPI） https://blog.csdn.net/zhuocr/article/details/60328967

Laruence sapi博文 http://www.laruence.com/tag/sapi

深入理解Zend SAPIs(Zend SAPI Internals)　http://www.laruence.com/2008/08/12/180.html

PHP 手册 安装与配置 Unix 系统下的安装 Unix 系统下的 Nginx 1.4.x https://www.php.net/manual/zh/install.unix.nginx.php

PHP 手册 安装与配置 Unix 系统下的安装 CGI 和命令行设置 https://www.php.net/manual/zh/install.unix.commandline.php

PHP 手册 安装与配置 Unix 系统下的安装 Debian GNU/Linux 安装说明 https://www.php.net/manual/zh/install.unix.debian.php

PHP 手册 安装与配置 FastCGI 进程管理器（FPM） https://www.php.net/manual/zh/install.fpm.php

PHP 手册 安全 以 CGI 模式安装时 https://www.php.net/manual/zh/security.cgi-bin.php

php-fpm进程数管理 https://segmentfault.com/a/1190000015612563