PHP内核探索:从SAPI接口开始

Zend SAPI Internals
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SAPI:Server Application Programming Interface 服务器端应用编程端口。研究过PHP架构的同学应该知道这个东东的重要性,它提供了一个接口,使得PHP可以和其他应用进行交互数据。 本文不会详细介绍每个PHP的SAPI,只是针对最简单的CGI SAPI,来说明SAPI的机制。

我们先来看看PHP的架构图:

SAPI指的是PHP具体应用的编程接口, 就像PC一样,无论安装哪些操作系统,只要满足了PC的接口规范都可以在PC上正常运行, PHP脚本要执行有很多种方式,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。

通常,我们使用Apache或者Nginx这类Web服务器来测试PHP脚本,或者在命令行下通过PHP解释器程序来执行。 脚本执行完后,Web服务器应答,浏览器显示应答信息,或者在命令行标准输出上显示内容。

我们很少关心PHP解释器在哪里。虽然通过Web服务器和命令行程序执行脚本看起来很不一样, 实际上它们的工作流程是一样的。命令行参数传递给PHP解释器要执行的脚本, 相当于通过url请求一个PHP页面。脚本执行完成后返回响应结果,只不过命令行的响应结果是显示在终端上。

脚本执行的开始都是以SAPI接口实现开始的。只是不同的SAPI接口实现会完成他们特定的工作, 例如Apache的mod_php SAPI实现需要初始化从Apache获取的一些信息,在输出内容是将内容返回给Apache, 其他的SAPI实现也类似。

SAPI提供了一个和外部通信的接口, 对于PHP5.2,默认提供了很多种SAPI, 常见的给apache的mod_php5,CGI,给IIS的ISAPI,还有Shell的CLI,本文就从CGI SAPI入手 ,介绍SAPI的机制。 虽然CGI简单,但是不用担心,它包含了绝大部分内容,足以让你深刻理解SAPI的工作原理。

要定义个SAPI,首先要定义个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
};

这个结构,包含了一些常量,比如name, 这个会在我们调用php_info()的时候被使用。一些初始化,收尾函数,以及一些函数指针,用来告诉Zend,如何获取,和输出数据。

1. php_cgi_startup, 当一个应用要调用PHP的时候,这个函数会被调用,对于CGI来说,它只是简单的调用了PHP的初始化函数:

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 , 一个对PHP关闭函数的简单包装。只是简单的调用php_module_shutdown;

3. PHP会在每个request的时候,处理一些初始化,资源分配的事务。这部分就是activate字段要定义的,从上面的结构我们可以看出,对于CGI来说,它并没有提供初始化处理句柄。对于mod_php来说,那就不同了,他要在apache的pool中注册资源析构函数, 申请空间, 初始化环境变量,等等。

4. sapi_cgi_deactivate, 这个是对应与activate的函数,顾名思义,它会提供一个handler, 用来处理收尾工作,对于CGI来说,他只是简单的刷新缓冲区,用以保证用户在Zend关闭前得到所有的输出数据:

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, 这个hanlder告诉了Zend,如何输出数据,对于mod_php来说,这个函数提供了一个向response数据写的接口,而对于CGI来说,只是简单的写到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;
}

把真正的写的逻辑剥离出来,就是为了简单实现兼容fastcgi的写方式。

6. sapi_cgibin_flush, 这个是提供给zend的刷新缓存的函数句柄,对于CGI来说,只是简单的调用系统提供的fflush;

7.NULL, 这部分用来让Zend可以验证一个要执行脚本文件的state,从而判断文件是否据有执行权限等等,CGI没有提供。

8. sapi_cgibin_getenv, 为Zend提供了一个根据name来查找环境变量的接口,对于mod_php5来说,当我们在脚本中调用getenv的时候,就会间接的调用这个句柄。而对于CGI来说,因为他的运行机制和CLI很类似,直接调用父级是Shell, 所以,只是简单的调用了系统提供的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, 错误处理函数, 到这里,说几句题外话,上次看到php maillist 提到的使得PHP的错误处理机制完全OO化, 也就是,改写这个函数句柄,使得每当有错误发生的时候,都throw一个异常。而CGI只是简单的调用了PHP提供的错误处理函数。

10. 这个函数会在我们调用PHP的header()函数的时候被调用,对于CGI来说,不提供。

11. sapi_cgi_send_headers, 这个函数会在要真正发送header的时候被调用,一般来说,就是当有任何的输出要发送之前:

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, 这个用来单独发送每一个header, CGI没有提供

13. sapi_cgi_read_post, 这个句柄指明了如何获取POST的数据,如果做过CGI编程的话,我们就知道CGI是从stdin中读取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, 这个和上面的函数一样,只不过是去获取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, 这个函数给了一个接口,用以给$_SERVER变量中添加变量,对于CGI来说,注册了一个PHP_SELF,这样我们就可以在脚本中访问$_SERVER['PHP_SELF']来获取本次的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 ,用来输出错误信息,对于CGI来说,只是简单的输出到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);
}

经过分析,我们已经了解了一个SAPI是如何实现的了, 分析过CGI以后,我们也就可以想象mod_php, embed等SAPI的实现机制。

延伸阅读

此文章所在专题列表如下:

  1. PHP内核探索:从SAPI接口开始
  2. PHP内核探索:一次请求的开始与结束
  3. PHP内核探索:一次请求生命周期
  4. PHP内核探索:单进程SAPI生命周期
  5. PHP内核探索:多进程/线程的SAPI生命周期
  6. PHP内核探索:Zend引擎
  7. PHP内核探索:再次探讨SAPI
  8. PHP内核探索:Apache模块介绍
  9. PHP内核探索:通过mod_php5支持PHP
  10. PHP内核探索:Apache运行与钩子函数
  11. PHP内核探索:嵌入式PHP
  12. PHP内核探索:PHP的FastCGI
  13. PHP内核探索:如何执行PHP脚本
  14. PHP内核探索:PHP脚本的执行细节
  15. PHP内核探索:操作码OpCode
  16. PHP内核探索:PHP里的opcode
  17. PHP内核探索:解释器的执行过程
  18. PHP内核探索:变量概述
  19. PHP内核探索:变量存储与类型
  20. PHP内核探索:PHP中的哈希表
  21. PHP内核探索:理解Zend里的哈希表
  22. PHP内核探索:PHP哈希算法设计
  23. PHP内核探索:翻译一篇HashTables文章
  24. PHP内核探索:哈希碰撞攻击是什么?
  25. PHP内核探索:常量的实现
  26. PHP内核探索:变量的存储
  27. PHP内核探索:变量的类型
  28. PHP内核探索:变量的值操作
  29. PHP内核探索:变量的创建
  30. PHP内核探索:预定义变量
  31. PHP内核探索:变量的检索
  32. PHP内核探索:变量的类型转换
  33. PHP内核探索:弱类型变量的实现
  34. PHP内核探索:静态变量的实现
  35. PHP内核探索:变量类型提示
  36. PHP内核探索:变量的生命周期
  37. PHP内核探索:变量赋值与销毁
  38. PHP内核探索:变量作用域
  39. PHP内核探索:诡异的变量名
  40. PHP内核探索:变量的value和type存储
  41. PHP内核探索:全局变量Global
  42. PHP内核探索:变量类型的转换
  43. PHP内核探索:内存管理开篇
  44. PHP内核探索:Zend内存管理器
  45. PHP内核探索:PHP的内存管理
  46. PHP内核探索:内存的申请与销毁
  47. PHP内核探索:引用计数与写时复制
  48. PHP内核探索:PHP5.3的垃圾回收机制
  49. PHP内核探索:内存管理中的cache
  50. PHP内核探索:写时复制COW机制
  51. PHP内核探索:数组与链表
  52. PHP内核探索:使用哈希表API
  53. PHP内核探索:数组操作
  54. PHP内核探索:数组源码分析
  55. PHP内核探索:函数的分类
  56. PHP内核探索:函数的内部结构
  57. PHP内核探索:函数结构转换
  58. PHP内核探索:定义函数的过程
  59. PHP内核探索:函数的参数
  60. PHP内核探索:zend_parse_parameters函数
  61. PHP内核探索:函数返回值
  62. PHP内核探索:形参return value
  63. PHP内核探索:函数调用与执行
  64. PHP内核探索:引用与函数执行
  65. PHP内核探索:匿名函数及闭包
  66. PHP内核探索:面向对象开篇
  67. PHP内核探索:类的结构和实现
  68. PHP内核探索:类的成员变量
  69. PHP内核探索:类的成员方法
  70. PHP内核探索:类的原型zend_class_entry
  71. PHP内核探索:类的定义
  72. PHP内核探索:访问控制
  73. PHP内核探索:继承,多态与抽象类
  74. PHP内核探索:魔术函数与延迟绑定
  75. PHP内核探索:保留类与特殊类
  76. PHP内核探索:对象
  77. PHP内核探索:创建对象实例
  78. PHP内核探索:对象属性读写
  79. PHP内核探索:命名空间
  80. PHP内核探索:定义接口
  81. PHP内核探索:继承与实现接口
  82. PHP内核探索:资源resource类型
  83. PHP内核探索:Zend虚拟机
  84. PHP内核探索:虚拟机的词法解析
  85. PHP内核探索:虚拟机的语法分析
  86. PHP内核探索:中间代码opcode的执行
  87. PHP内核探索:代码的加密与解密
  88. PHP内核探索:zend_execute的具体执行过程
  89. PHP内核探索:变量的引用与计数规则
  90. PHP内核探索:新垃圾回收机制说明

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