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PHP內核探索:從SAPI接口開始

Zend SAPI Internals
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SAPI:Server Application Programming Interface 服務器端應用編程端口。研究過PHP架構的同學應該知道這個東東的重要性,它提供了一個接口,使得PHP可以和其他應用進行交互數據。 本文不會詳細介紹每個PHP的SAPI,只是針對最簡單的CGI SAPI,來說明SAPI的機制。

我們先來看看PHP的架構圖:

SAPI指的是PHP具體應用的編程接口, 就像PC一樣,無論安裝哪些操作系統,只要滿足了PC的接口規范都可以在PC上正常運行, PHP腳本要執行有很多種方式,通過Web服務器,或者直接在命令行下,也可以嵌入在其他程序中。

通常,我們使用Apache或者Nginx這類Web服務器來測試PHP腳本,或者在命令行下通過PHP解釋器程序來執行。 腳本執行完后,Web服務器應答,瀏覽器顯示應答信息,或者在命令行標準輸出上顯示內容。

我們很少關心PHP解釋器在哪里。雖然通過Web服務器和命令行程序執行腳本看起來很不一樣, 實際上它們的工作流程是一樣的。命令行參數傳遞給PHP解釋器要執行的腳本, 相當于通過url請求一個PHP頁面。腳本執行完成后返回響應結果,只不過命令行的響應結果是顯示在終端上。

腳本執行的開始都是以SAPI接口實現開始的。只是不同的SAPI接口實現會完成他們特定的工作, 例如Apache的mod_php SAPI實現需要初始化從Apache獲取的一些信息,在輸出內容是將內容返回給Apache, 其他的SAPI實現也類似。

SAPI提供了一個和外部通信的接口, 對于PHP5.2,默認提供了很多種SAPI, 常見的給apache的mod_php5,CGI,給IIS的ISAPI,還有Shell的CLI,本文就從CGI SAPI入手 ,介紹SAPI的機制。 雖然CGI簡單,但是不用擔心,它包含了絕大部分內容,足以讓你深刻理解SAPI的工作原理。

要定義個SAPI,首先要定義個sapi_module_struct, 查看 PHP-SRC/sapi/cgi/cgi_main.c:

*/
static sapi_module_struct cgi_sapi_module = {
#if PHP_FASTCGI
    "cgi-fcgi",                     /* name */
    "CGI/FastCGI",                  /* pretty name */
#else
    "cgi",                          /* name */
    "CGI",                          /* pretty name */
#endif
 
    php_cgi_startup,                /* startup */
    php_module_shutdown_wrapper,    /* shutdown */
 
    NULL,                           /* activate */
    sapi_cgi_deactivate,            /* deactivate */
 
    sapi_cgibin_ub_write,           /* unbuffered write */
    sapi_cgibin_flush,              /* flush */
    NULL,                           /* get uid */
    sapi_cgibin_getenv,             /* getenv */
 
    php_error,                      /* error handler */
 
    NULL,                           /* header handler */
    sapi_cgi_send_headers,          /* send headers handler */
    NULL,                           /* send header handler */
 
    sapi_cgi_read_post,             /* read POST data */
    sapi_cgi_read_cookies,          /* read Cookies */
 
    sapi_cgi_register_variables,    /* register server variables */
    sapi_cgi_log_message,           /* Log message */
    NULL,                           /* Get request time */
 
    STANDARD_SAPI_MODULE_PROPERTIES
};

這個結構,包含了一些常量,比如name, 這個會在我們調用php_info()的時候被使用。一些初始化,收尾函數,以及一些函數指針,用來告訴Zend,如何獲取,和輸出數據。

1. php_cgi_startup, 當一個應用要調用PHP的時候,這個函數會被調用,對于CGI來說,它只是簡單的調用了PHP的初始化函數:

static int php_cgi_startup(sapi_module_struct *sapi_module)
{
    if (php_module_startup(sapi_module, NULL, 0) == FAILURE) {
        return FAILURE;
    }
    return SUCCESS;
}

2. php_module_shutdown_wrapper , 一個對PHP關閉函數的簡單包裝。只是簡單的調用php_module_shutdown;

3. PHP會在每個request的時候,處理一些初始化,資源分配的事務。這部分就是activate字段要定義的,從上面的結構我們可以看出,對于CGI來說,它并沒有提供初始化處理句柄。對于mod_php來說,那就不同了,他要在apache的pool中注冊資源析構函數, 申請空間, 初始化環境變量,等等。

4. sapi_cgi_deactivate, 這個是對應與activate的函數,顧名思義,它會提供一個handler, 用來處理收尾工作,對于CGI來說,他只是簡單的刷新緩沖區,用以保證用戶在Zend關閉前得到所有的輸出數據:

static int sapi_cgi_deactivate(TSRMLS_D)
{
    /* flush only when SAPI was started. The reasons are:
        1. SAPI Deactivate is called from two places: module init and request shutdown
        2. When the first call occurs and the request is not set up, flush fails on
            FastCGI.
    */
    if (SG(sapi_started)) {
        sapi_cgibin_flush(SG(server_context));
    }
    return SUCCESS;
}

5. sapi_cgibin_ub_write, 這個hanlder告訴了Zend,如何輸出數據,對于mod_php來說,這個函數提供了一個向response數據寫的接口,而對于CGI來說,只是簡單的寫到stdout:

static inline size_t sapi_cgibin_single_write(const char *str, uint str_length TSRMLS_DC)
{
#ifdef PHP_WRITE_STDOUT
    long ret;
#else
    size_t ret;
#endif
 
#if PHP_FASTCGI
    if (fcgi_is_fastcgi()) {
        fcgi_request *request = (fcgi_request*) SG(server_context);
        long ret = fcgi_write(request, FCGI_STDOUT, str, str_length);
        if (ret <= 0) {
            return 0;
        }
        return ret;
    }
#endif
#ifdef PHP_WRITE_STDOUT
    ret = write(STDOUT_FILENO, str, str_length);
    if (ret <= 0) return 0;
    return ret;
#else
    ret = fwrite(str, 1, MIN(str_length, 16384), stdout);
    return ret;
#endif
}
 
static int sapi_cgibin_ub_write(const char *str, uint str_length TSRMLS_DC)
{
    const char *ptr = str;
    uint remaining = str_length;
    size_t ret;
 
    while (remaining > 0) {
        ret = sapi_cgibin_single_write(ptr, remaining TSRMLS_CC);
        if (!ret) {
            php_handle_aborted_connection();
            return str_length - remaining;
        }
        ptr += ret;
        remaining -= ret;
    }
 
    return str_length;
}

把真正的寫的邏輯剝離出來,就是為了簡單實現兼容fastcgi的寫方式。

6. sapi_cgibin_flush, 這個是提供給zend的刷新緩存的函數句柄,對于CGI來說,只是簡單的調用系統提供的fflush;

7.NULL, 這部分用來讓Zend可以驗證一個要執行腳本文件的state,從而判斷文件是否據有執行權限等等,CGI沒有提供。

8. sapi_cgibin_getenv, 為Zend提供了一個根據name來查找環境變量的接口,對于mod_php5來說,當我們在腳本中調用getenv的時候,就會間接的調用這個句柄。而對于CGI來說,因為他的運行機制和CLI很類似,直接調用父級是Shell, 所以,只是簡單的調用了系統提供的genenv:

static char *sapi_cgibin_getenv(char *name, size_t name_len TSRMLS_DC)
{
#if PHP_FASTCGI
    /* when php is started by mod_fastcgi, no regular environment
       is provided to PHP.  It is always sent to PHP at the start
       of a request.  So we have to do our own lookup to get env
       vars.  This could probably be faster somehow.  */
    if (fcgi_is_fastcgi()) {
        fcgi_request *request = (fcgi_request*) SG(server_context);
        return fcgi_getenv(request, name, name_len);
    }
#endif
    /*  if cgi, or fastcgi and not found in fcgi env
        check the regular environment */
    return getenv(name);
}

9. php_error, 錯誤處理函數, 到這里,說幾句題外話,上次看到php maillist 提到的使得PHP的錯誤處理機制完全OO化, 也就是,改寫這個函數句柄,使得每當有錯誤發生的時候,都throw一個異常。而CGI只是簡單的調用了PHP提供的錯誤處理函數。

10. 這個函數會在我們調用PHP的header()函數的時候被調用,對于CGI來說,不提供。

11. sapi_cgi_send_headers, 這個函數會在要真正發送header的時候被調用,一般來說,就是當有任何的輸出要發送之前:

static int sapi_cgi_send_headers(sapi_headers_struct *sapi_headers TSRMLS_DC)
{
    char buf[SAPI_CGI_MAX_HEADER_LENGTH];
    sapi_header_struct *h;
    zend_llist_position pos;
 
    if (SG(request_info).no_headers == 1) {
        return  SAPI_HEADER_SENT_SUCCESSFULLY;
    }
 
    if (cgi_nph || SG(sapi_headers).http_response_code != 200)
    {
        int len;
 
        if (rfc2616_headers && SG(sapi_headers).http_status_line) {
            len = snprintf(buf, SAPI_CGI_MAX_HEADER_LENGTH,
                           "%s\r\n", SG(sapi_headers).http_status_line);
 
            if (len > SAPI_CGI_MAX_HEADER_LENGTH) {
                len = SAPI_CGI_MAX_HEADER_LENGTH;
            }
 
        } else {
            len = sprintf(buf, "Status: %d\r\n", SG(sapi_headers).http_response_code);
        }
 
        PHPWRITE_H(buf, len);
    }
 
    h = (sapi_header_struct*)zend_llist_get_first_ex(&sapi_headers->headers, &pos);
    while (h) {
        /* prevent CRLFCRLF */
        if (h->header_len) {
            PHPWRITE_H(h->header, h->header_len);
            PHPWRITE_H("\r\n", 2);
        }
        h = (sapi_header_struct*)zend_llist_get_next_ex(&sapi_headers->headers, &pos);
    }
    PHPWRITE_H("\r\n", 2);
 
    return SAPI_HEADER_SENT_SUCCESSFULLY;
   }

12. NULL, 這個用來單獨發送每一個header, CGI沒有提供

13. sapi_cgi_read_post, 這個句柄指明了如何獲取POST的數據,如果做過CGI編程的話,我們就知道CGI是從stdin中讀取POST DATA的:

static int sapi_cgi_read_post(char *buffer, uint count_bytes TSRMLS_DC)
{
    uint read_bytes=0, tmp_read_bytes;
#if PHP_FASTCGI
    char *pos = buffer;
#endif
 
    count_bytes = MIN(count_bytes, (uint) SG(request_info).content_length - SG(read_post_bytes));
    while (read_bytes < count_bytes) {
#if PHP_FASTCGI
        if (fcgi_is_fastcgi()) {
            fcgi_request *request = (fcgi_request*) SG(server_context);
            tmp_read_bytes = fcgi_read(request, pos, count_bytes - read_bytes);
            pos += tmp_read_bytes;
        } else {
            tmp_read_bytes = read(0, buffer + read_bytes, count_bytes - read_bytes);
        }
#else
        tmp_read_bytes = read(0, buffer + read_bytes, count_bytes - read_bytes);
#endif
 
        if (tmp_read_bytes <= 0) {
            break;
        }
        read_bytes += tmp_read_bytes;
    }
    return read_bytes;
}

14. sapi_cgi_read_cookies, 這個和上面的函數一樣,只不過是去獲取cookie值:

static char *sapi_cgi_read_cookies(TSRMLS_D)
{
    return sapi_cgibin_getenv((char *) "HTTP_COOKIE", sizeof("HTTP_COOKIE")-1 TSRMLS_CC);
}

15. sapi_cgi_register_variables, 這個函數給了一個接口,用以給$_SERVER變量中添加變量,對于CGI來說,注冊了一個PHP_SELF,這樣我們就可以在腳本中訪問$_SERVER['PHP_SELF']來獲取本次的request_uri:

static void sapi_cgi_register_variables(zval *track_vars_array TSRMLS_DC)
{
    /* In CGI mode, we consider the environment to be a part of the server
     * variables
     */
    php_import_environment_variables(track_vars_array TSRMLS_CC);
    /* Build the special-case PHP_SELF variable for the CGI version */
    php_register_variable("PHP_SELF", (SG(request_info).request_uri ? SG(request_info).request_uri : ""), track_vars_array TSRMLS_CC);
}

16. sapi_cgi_log_message ,用來輸出錯誤信息,對于CGI來說,只是簡單的輸出到stderr:

static void sapi_cgi_log_message(char *message)
{
#if PHP_FASTCGI
    if (fcgi_is_fastcgi() && fcgi_logging) {
        fcgi_request *request;
        TSRMLS_FETCH();
 
        request = (fcgi_request*) SG(server_context);
        if (request) {
            int len = strlen(message);
            char *buf = malloc(len+2);
 
            memcpy(buf, message, len);
            memcpy(buf + len, "\n", sizeof("\n"));
            fcgi_write(request, FCGI_STDERR, buf, len+1);
            free(buf);
        } else {
            fprintf(stderr, "%s\n", message);
        }
        /* ignore return code */
    } else
#endif /* PHP_FASTCGI */
    fprintf(stderr, "%s\n", message);
}

經過分析,我們已經了解了一個SAPI是如何實現的了, 分析過CGI以后,我們也就可以想象mod_php, embed等SAPI的實現機制。

延伸閱讀

此文章所在專題列表如下:

  1. PHP內核探索:從SAPI接口開始
  2. PHP內核探索:一次請求的開始與結束
  3. PHP內核探索:一次請求生命周期
  4. PHP內核探索:單進程SAPI生命周期
  5. PHP內核探索:多進程/線程的SAPI生命周期
  6. PHP內核探索:Zend引擎
  7. PHP內核探索:再次探討SAPI
  8. PHP內核探索:Apache模塊介紹
  9. PHP內核探索:通過mod_php5支持PHP
  10. PHP內核探索:Apache運行與鉤子函數
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  60. PHP內核探索:zend_parse_parameters函數
  61. PHP內核探索:函數返回值
  62. PHP內核探索:形參return value
  63. PHP內核探索:函數調用與執行
  64. PHP內核探索:引用與函數執行
  65. PHP內核探索:匿名函數及閉包
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  70. PHP內核探索:類的原型zend_class_entry
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  77. PHP內核探索:創建對象實例
  78. PHP內核探索:對象屬性讀寫
  79. PHP內核探索:命名空間
  80. PHP內核探索:定義接口
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  84. PHP內核探索:虛擬機的詞法解析
  85. PHP內核探索:虛擬機的語法分析
  86. PHP內核探索:中間代碼opcode的執行
  87. PHP內核探索:代碼的加密與解密
  88. PHP內核探索:zend_execute的具體執行過程
  89. PHP內核探索:變量的引用與計數規則
  90. PHP內核探索:新垃圾回收機制說明

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