深入解析PHP底層機(jī)制及相關(guān)原理

1、PHP是什么？ 

PHP 指的是我們從外面看到的一套完整的系統(tǒng)。這聽起來有點(diǎn)糊涂，但其實(shí)并不復(fù)雜（PHP4 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖）。從功能上來分：我們可以分為三部分：

1、 解釋器部分(Zend 以引擎)，負(fù)責(zé)對輸入代碼的分析、翻譯和執(zhí)行；

2、 功能性部分(PHP功能函數(shù)以及擴(kuò)展)，負(fù)責(zé)具體實(shí)現(xiàn)語言的各種功能（比如它的函數(shù)等等）；

3、 接口部分(SAPI)，負(fù)責(zé)同 WEB 服務(wù)器的會話等功能。 Zend包括了第一部分的全部和第二部分的局部，PHP內(nèi)核 包括了第二部分的局部和第三部分的全部。他們合起來稱之為 PHP 包。Zend 構(gòu)成了語言的核心，同時(shí)也包含了一些最基本的 PHP 預(yù)定義函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。PHP 包（內(nèi)核）則包含了所有創(chuàng)造出語言本身各種顯著特性的模塊。 

                                                                                                    （PHP 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖）

 從內(nèi)容模塊上來分：我們可以分為四層體系結(jié)構(gòu)：

1）Zend引擎：Zend整體用純c實(shí)現(xiàn)，是php的內(nèi)核部分，它將php代碼翻譯（詞法、語法解析等一系列編譯過程）為可執(zhí)行opcode的處理并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的處理方法、實(shí)現(xiàn)了基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如hashtable、oo）、內(nèi)存分配及管理、提供了相應(yīng)的api方法供外部調(diào)用，是一切的核心，所有的外圍功能均圍繞zend實(shí)現(xiàn)。

2）Extensions擴(kuò)展：圍繞著zend引擎，extensions通過組件式的方式提供各種基礎(chǔ)服務(wù)，我們常見的各種內(nèi)置函數(shù)（如array系列）、標(biāo)準(zhǔn)庫等都是通過extension來實(shí)現(xiàn)，用戶也可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)自己的extension以達(dá)到功能擴(kuò)展、性能優(yōu)化等目的（如貼吧正在使用的php中間層、富文本解析就是extension的典型應(yīng)用）。

3）Sapi ：Sapi全稱是Server Application Programming Interface，也就是服務(wù)端應(yīng)用編程接口，sapi通過一系列鉤子函數(shù)，使得php可以和外圍交互數(shù)據(jù)，這是php非常優(yōu)雅和成功的一個(gè)設(shè)計(jì)，通過sapi成功的將php本身和上層應(yīng)用解耦隔離，php可以不再考慮如何針對不同應(yīng)用進(jìn)行兼容，而應(yīng)用本身也可以針對自己的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)不同的處理方式。

4）上層應(yīng)用： 這就是我們平時(shí)編寫的php程序，通過不同的sapi方式得到各種各樣的應(yīng)用模式，如通過webserver實(shí)現(xiàn)web應(yīng)用、在命令行下以腳本方式運(yùn)行等等。

                                                                              （php結(jié)構(gòu) ）

其架構(gòu)思想：引擎(Zend)+擴(kuò)展(ext)的模式:降低內(nèi)部耦合

中間層(sapi):web server和php的通信接口， 隔絕web server和php。

如果php是一輛車，那么

車的框架就是php本身，即是我們外面看到一套完整系統(tǒng)。

Zend是車的引擎（發(fā)動機(jī)）

Ext下面的各種組件就是車的輪子

Sapi可以看做是公路，車可以跑在不同類型的公路上

而一次php程序的執(zhí)行就是汽車跑在公路上。

因此，我們需要：性能優(yōu)異的引擎+合適的車輪+正確的跑道

2、php生命周期

      查看：深入理解php底層：php生命周期 :http://blog.csdn.net/hguisu/article/details/7377520

3 、sapi

如前所述，sapi通過通過一系列的接口，使得外部應(yīng)用可以和php交換數(shù)據(jù)并可以根據(jù)不同應(yīng)用特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)特定的處理方法，我們常見的一些sapi有：

1) 、apache2handler :這是以apache作為webserver，采用mod_php模式運(yùn)行時(shí)候的處理方式，也是現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的一種。

2)、cgi ：這是webserver和php直接的另一種交互方式，也就是大名鼎鼎的fastcgi協(xié)議，在最近今年fastcgi+php得到越來越多的應(yīng)用，也是異步webserver所唯一支持的方式。

3)、cli ：命令行調(diào)用的應(yīng)用模式

如圖：Sapi的簡單示意圖

 Sapi的定義及主要接口函數(shù)：

struct _sapi_module_struct { char *name; // 名字標(biāo)識 char *pretty_name; // 更好理解的名字 int (*startup)(struct _sapi_module_struct *sapi_module); // 啟動函數(shù) int (*shutdown)(struct _sapi_module_struct *sapi_module); // 關(guān)閉方法 int (*activate)(TSRMLS_D); //激活 int (*deactivate)(TSRMLS_D); // 停用 int (*ub_write)(const char *str, unsigned int str_length TSRMLS_DC); // 沒有緩存的寫操作(unbuffered write) void (*flush)(void *server_context); // flush struct stat *(*get_stat)(TSRMLS_D); // get uid char *(*getenv)(char *name, size_t name_len TSRMLS_DC); // getenv void (*sapi_error)(int type, const char *error_msg, ...); /* error handler */ int (*header_handler)(sapi_header_struct *sapi_header, sapi_header_op_enum op, sapi_headers_struct *sapi_headers TSRMLS_DC); /* header handler */ /* send headers handler */ int (*send_headers)(sapi_headers_struct *sapi_headers TSRMLS_DC); void (*send_header)(sapi_header_struct *sapi_header, void *server_context TSRMLS_DC); /* send header handler */ int (*read_post)(char *buffer, uint count_bytes TSRMLS_DC); /* read POST data */ char *(*read_cookies)(TSRMLS_D); /* read Cookies */ /* register server variables */ void (*register_server_variables)(zval *track_vars_array TSRMLS_DC); void (*log_message)(char *message); /* Log message */ time_t (*get_request_time)(TSRMLS_D); /* Request Time */ void (*terminate_process)(TSRMLS_D); /* Child Terminate */ char *php_ini_path_override; //覆蓋ini路徑 ... ...};

這里介紹一下其中一些主要函數(shù)

· startup：php被調(diào)用時(shí)初始化操作，比如cgi模式，在startup的時(shí)候會加載所有的extension并執(zhí)行模塊初始化工作。

· shutdown：php關(guān)閉時(shí)收尾工作

· activate：請求初始化

· dectivate：請求結(jié)束時(shí)收尾工作

· ub_write：指定數(shù)據(jù)輸出方式，比如apache2handler方式，由于php作為apache的一個(gè)so存在，因此其輸出也就是調(diào) 用apache的ap_write函數(shù)，而在cgi模式下，會系統(tǒng)調(diào)用write。

·  sapi_error：錯(cuò)誤處理函數(shù)

·  read_post：讀取post數(shù)據(jù)

·  register_server_variables：往$_SERVER中注冊環(huán)境變量這個(gè)一般根據(jù)不同協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)注冊注冊的變量。

在php源碼中，sapi實(shí)現(xiàn)了很多接口：如下圖：

4、php腳本的執(zhí)行

SAPI處于PHP架構(gòu)的上層，而真正的腳本執(zhí)行是有Zend引擎來完成。

目前語言分為兩類：

第一類：編譯型語言.如c/c++ java之類，他們的共性是運(yùn)行之前必須對源代碼進(jìn)行編譯，然后運(yùn)行編譯后的目標(biāo)文件。

第二類語言：解釋型語言：如PHP,Ruby，Python。他們需要解釋器來執(zhí)行這些源代碼。實(shí)際上這些語言還是要經(jīng)過編譯環(huán)節(jié)的。只不過他們在運(yùn)行的時(shí)候進(jìn)行編譯，為了效率，并不是每次執(zhí)行的時(shí)候都會重新編譯，比如PHP的各種opcode緩存擴(kuò)展（如APC Xcache等）。

說明：PHP從2000年發(fā)布的PHP4開始就不是解釋性語言。當(dāng)一個(gè)PHP腳本被執(zhí)行的時(shí)候，首先PHP源代碼由Zend引擎編譯成名為Zend opcodes的機(jī)器代碼。這些代碼保存在RAM中。然后執(zhí)行opcodes運(yùn)行真正的腳本。因此，PHP實(shí)際上和Java，C#等語言一樣是編譯語言。否則，它的執(zhí)行會很慢。

我們來看PHP腳本是怎么被執(zhí)行的。如hello.php：

?php$str = "Hello world!\n";echo $str;

命令行執(zhí)行：php hello.php

輸出結(jié)果顯然是：Hello world!

但是執(zhí)行腳本的時(shí)候，PHP/Zend做了什么呢？

4.1、程序的執(zhí)行：

1）傳遞給php程序需要的執(zhí)行文件hello.php，php程序完成基本的準(zhǔn)備工作后啟動PHP及Zend引擎，加載注冊的擴(kuò)展模塊。

2) 初始化完后讀取腳本文件，Zend引擎對腳本進(jìn)行此詞法分析，語法分析，然后有Zend引擎編譯成opcode碼，最后執(zhí)行 opcode碼。

php代碼的執(zhí)行過程如下圖：

php實(shí)現(xiàn)了一個(gè)典型的動態(tài)語言執(zhí)行過程：拿到一段代碼后，經(jīng)過詞法解析、語法解析等階段后，源程序會被翻譯成一個(gè)個(gè)指令(opcodes)，然后ZEND虛擬機(jī)順次執(zhí)行這些指令完成操作。PHP本身是用c實(shí)現(xiàn)的，因此最終調(diào)用的也都是c的函數(shù)，實(shí)際上，我們可以把php看做是一個(gè)c開發(fā)的軟件。

通過上面描述不難看出，php的執(zhí)行的核心是翻譯出來的一條一條指令，也即opcode.

4.2、詞法分析和語法分析

解釋器一般包括兩部分：

1)、 讀取源程序，并處理語言結(jié)構(gòu)

2)、處于語言結(jié)構(gòu)并生成目標(biāo)程序

而Lex和Yacc可以解決第一個(gè)問題。很多編程都有Lex/Yacc作為語言的詞法語法分析生成器，比如PHP,Python、Ruby已經(jīng)MySql的sql語言。

Lex生成詞法分析器。

Yacc語法分析生成器

4. 3、opcode

PHP 構(gòu)建在Zend虛擬機(jī)（Zend VM）之上的，PHP的opcode就是ZEND 虛擬機(jī)中的指令,即Opcode是php程序執(zhí)行的最基本單位。

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。