理解 Nginx 与 PHP-FPM 通信的工作机制

了解基本原理

浏览器访问网页的过程

请求静态页面

Browser请求http://xxx.com/aa.html -> Web Server(Nginx/Apache)分发 -> 找到aa.html文件返回给Browser

请求动态脚本

Browser请求http://xxx.com/bb.php -> Web Server(Nginx/Apache)分发 -> PHP解析器PHP-CGI程序)-> 返回处理结果给Web Server -> 返回数据给Browser。

原理:服务器根据配置文件,知道这是一个PHP脚本文件,需要去找PHP解析器来处理。 PHP解析器会解析php.ini文件初始化执行环境,然后处理请求,再以标准的数据格式返回处理结果,最后退出进程。

CGI 程序到 FPM 进化史

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CGI(Common Gateway Interface)

CGI是服务器与后台语言交互的协议,有了这个协议,开发者可以使用任何语言处理服务器转发过来的请求,动态地生成内容,保证了传递过来的数据是标准格式的(规定了以什么样的格式传哪些数据(URL、查询字符串、POST数据、HTTP header等等)),方便了开发者。

PHP-CGI(PHP CGI)

PHP语言对应与服务器交互的CGI程序就是PHP-CGI

CGI程序本身只能解析请求返回结果,不会进程管理,所以有一个致命的缺点,那就是每处理一个请求都需要fork一个全新的进程,随着Web的兴起,高并发越来越成为常态,这样低效的方式明显不能满足需求(每一次web请求都会有启动和退出进程,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)。 就这样,FastCGI诞生了,CGI程序很快就退出了历史的舞台。

FastCGI(Fast CGI)

FastCGI,顾名思义就是更快的CGI程序,用来提高CGI程序性能,它允许在一个进程内处理多个请求,而不是一个请求处理完毕就直接结束进程,性能上有了很大的提高。

  • 提高性能?那么CGI程序的性能问题在哪呢?

PHP解析器会解析php.ini文件,初始化执行环境,就是这里了。 标准的CGI程序对每个请求都会执行这些步骤(不闲累啊!启动进程很累的说!),所以处理每个请求的时间会比较长。这明显不合理嘛!

  • 那么FastCGI是怎么做的呢?

首先,FastCGI会先启一个master进程,解析配置文件,初始化执行环境,然后再启动多个worker进程。当请求过来时,master会传递给一个worker,然后立即可以接受下一个请求。 这样就避免了重复的劳动,效率自然是高。 而且当worker不够用时,master可以根据配置预先启动几个worker等着。 当然空闲worker太多时,也会停掉一些,这样就提高了性能,也节约了资源。这就是FastCGI的对进程的管理。

ps:也有一些能够调度PHP-CGI进程的程序,比如说由lighthttpd分离出来的spawn-fcgi。好了,PHP-FPM也是这么个东东,在长时间的发展后,逐渐得到了大家的认可(要知道前几年大家可是抱怨PHP-FPM稳定性太差的),也越来越流行。

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PHP-FPM(FastCGI Process Manager)

它是FastCGI协议的一个实现,任何实现了FastCGI协议的服务器都能够与之通信。 FPM之于标准的FastCGI程序,也提供了一些增强功能,具体可以参考官方文档:PHP: FPM Installation

  • FPM是一个PHP进程管理器,包含masterworker两种进程。

master进程只有一个,负责监听端口,接收来自服务器的请求,而worker进程则一般有多个(具体数量根据实际需要配置),每个进程内部都嵌入了一个PHP解释器,是PHP代码真正执行的地方,下面是我本机上FPM的进程情况:1个master进程,2个worker进程

$ ps -ef | grep fpm
root       130     1  0 01:37 ?        00:00:01 php-fpm: master process (/usr/local/php/etc/php-fpm.conf)
php-fpm    131   130  0 01:37 ?        00:00:00 php-fpm: pool www
php-fpm    133   130  0 01:43 ?        00:00:00 php-fpm: pool www
  • FPM接收到请求,到处理完毕,其具体的流程如下:
  1. FPMmaster进程接收到请求。
  2. master进程根据配置指派特定的worker进程进行请求处理,如果没有可用进程,返回错误,这也是我们配合Nginx遇到502错误比较多的原因。
  3. worker进程处理请求,如果超时,返回504错误。
  4. 请求处理结束,返回结果。
  • FPM从接收到处理请求的流程就是这样了,那么Nginx又是如何发送请求给FPM的呢?

这就需要从Nginx层面来说明了。

我们知道,Nginx不仅仅是一个Web服务器,也是一个功能强大的Proxy服务器,除了进行http请求的代理,也可以进行许多其他协议请求的代理,包括本文与FPM相关的FastCGI协议。为了能够使Nginx理解FastCGI协议Nginx提供了FastCGI模块来将http请求映射为对应的FastCGI请求。

NginxFastCGI模块提供了fastcgi_param指令来主要处理这些映射关系,下面 是Nginx的一个配置文件实例,其主要完成的工作是将Nginx中的变量翻译成PHP中能够理解的变量。

$ cat /usr/local/nginx/conf/fastcgi.conf

fastcgi_param  SCRIPT_FILENAME    $document_root$fastcgi_script_name;
fastcgi_param  QUERY_STRING       $query_string;
fastcgi_param  REQUEST_METHOD     $request_method;
fastcgi_param  CONTENT_TYPE       $content_type;
fastcgi_param  CONTENT_LENGTH     $content_length;

fastcgi_param  SCRIPT_NAME        $fastcgi_script_name;
fastcgi_param  REQUEST_URI        $request_uri;
fastcgi_param  DOCUMENT_URI       $document_uri;
fastcgi_param  DOCUMENT_ROOT      $document_root;
fastcgi_param  SERVER_PROTOCOL    $server_protocol;
fastcgi_param  REQUEST_SCHEME     $scheme;
fastcgi_param  HTTPS              $https if_not_empty;

fastcgi_param  GATEWAY_INTERFACE  CGI/1.1;
fastcgi_param  SERVER_SOFTWARE    nginx/$nginx_version;

fastcgi_param  REMOTE_ADDR        $remote_addr;
fastcgi_param  REMOTE_PORT        $remote_port;
fastcgi_param  SERVER_ADDR        $server_addr;
fastcgi_param  SERVER_PORT        $server_port;
fastcgi_param  SERVER_NAME        $server_name;

除此之外,非常重要的就是fastcgi_pass指令了,这个指令用于指定FPM进程监听的地址,Nginx会把所有的PHP请求翻译成FastCGI请求之后再发送到这个地址。下面一个简单的可以工作的Nginx配置文件

server {
    listen 80;
    server_name test.me;
    root /usr/local/web/myproject/public;
    index index.php index.html index.htm;

    access_log /usr/local/nginx/logs/test-access.log;
    error_log  /usr/local/nginx/logs/test-error.log;

    location / {
      try_files $uri $uri/ /index.php?$query_string;
    }

    location ~\.php$ {
        include fastcgi_params;
        fastcgi_param SCRIPT_FILENAME /usr/local/web/myproject/public/$fastcgi_script_name;
        fastcgi_pass unix:/usr/local/php/var/run/php-fpm.sock;
        fastcgi_index index.php;
    }
}

在这个配置文件中,我们新建了一个虚拟主机,监听80端口项目根目录/usr/local/web/myproject/public。然后我们通过location指令,将所有的以.php结尾的请求都交给FastCGI模块处理,从而把所有的PHP请求都交给了FPM处理,从而完成NginxFPM的闭环。 如此以来,NginxFPM通信的整个流程应该比较清晰了。

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  • 修改了php.ini配置文件后,使用PHP-FPM为什么能平滑重启?

修改php.ini之后,PHP-CGI进程是没办法平滑重启的。 PHP-FPM对此的处理机制是新的worker进程用新的配置,已经存在的worker进程处理完手上的活就可以歇着了,通过这种机制来平滑过渡

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