PHP内核探索:如何执行PHP脚本

Zend引擎是如何解释PHP脚本的
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前面介绍了PHP的生命周期,PHP的SAPI,SAPI处于PHP整个架构较上层,而真正脚本的执行主要由Zend引擎来完成, 这一小节我们介绍PHP脚本的执行。

目前编程语言可以分为两大类:

  • 第一类是像C/C++, .NET, Java之类的编译型语言, 它们的共性是:运行之前必须对源代码进行编译,然后运行编译后的目标文件。
  • 第二类比如PHP, Javascript, Ruby, Python这些解释型语言, 他们都无需经过编译即可“运行”。

虽然可以理解为直接运行,但它们并不是真的直接就被能被机器理解, 机器只能理解机器语言,那这些语言是怎么被执行的呢, 一般这些语言都需要一个解释器, 由解释器来执行这些源码, 实际上这些语言还是会经过编译环节,只不过它们一般会在运行的时候实时进行编译。为了效率,并不是所有语言在每次执行的时候都会重新编译一遍, 比如PHP的各种opcode缓存扩展(如APC, xcache, eAccelerator等),比如Python会将编译的中间文件保存成pyc/pyo文件, 避免每次运行重新进行编译所带来的性能损失。

PHP的脚本的执行也需要一个解释器, 比如命令行下的php程序,或者apache的mod_php模块等等。 前面提到了PHP的SAPI接口, 下面就以PHP命令行程序为例解释PHP脚本是怎么被执行的。 例如如下的这段PHP脚本:

<?php
$str = "Hello, nowamagic!\n";
echo $str;
?>

假设上面的代码保存在名为hello.php的文件中, 用PHP命令行程序执行这个脚本:

$ php ./hello.php

这段代码的输出显然是Hello, nowamagic!, 那么在执行脚本的时候PHP/Zend都做了些什么呢? 这些语句是怎么样让php输出这段话的呢? 下面将一步一步的进行介绍。

程序的执行

  1. 如上例中, 传递给php程序需要执行的文件, php程序完成基本的准备工作后启动PHP及Zend引擎, 加载注册的扩展模块。
  2. 初始化完成后读取脚本文件,Zend引擎对脚本文件进行词法分析,语法分析。然后编译成opcode执行。 如过安装了apc之类的opcode缓存, 编译环节可能会被跳过而直接从缓存中读取opcode执行。

PHP在读取到脚本文件后首先对代码进行词法分析,PHP的词法分析器是通过lex生成的, 词法规则文件在$PHP_SRC/Zend/zend_language_scanner.l, 这一阶段lex会会将源代码按照词法规则切分一个一个的标记(token)。PHP中提供了一个函数token_get_all(), 该函数接收一个字符串参数, 返回一个按照词法规则切分好的数组。 例如将上面的php代码作为参数传递给这个函数:

<?php
$code =<<<PHP_CODE
<?php
$str = "Hello, nowamagic\n";
echo $str;
PHP_CODE;
 
var_dump(token_get_all($code));
?>

运行上面的脚本你将会看到一如下的输出:

array (
  0 => 
  array (
    0 => 368,       // 脚本开始标记
    1 => '<?php     // 匹配到的字符串
',
    2 => 1,
  ),
  1 => 
  array (
    0 => 371,
    1 => ' ',
    2 => 2,
  ),
  2 => '=',
  3 => 
  array (
    0 => 371,
    1 => ' ',
    2 => 2,
  ),
  4 => 
  array (
    0 => 315,
    1 => '"Hello, nowamagic
"',
    2 => 2,
  ),
  5 => ';',
  6 => 
  array (
    0 => 371,
    1 => '
',
    2 => 3,
  ),
  7 => 
  array (
    0 => 316,
    1 => 'echo',
    2 => 4,
  ),
  8 => 
  array (
    0 => 371,
    1 => ' ',
    2 => 4,
  ),
  9 => ';',

这也是Zend引擎词法分析做的事情,将代码切分为一个个的标记,然后使用语法分析器(PHP使用bison生成语法分析器, 规则见$PHP_SRC/Zend/zend_language_parser。y), bison根据规则进行相应的处理, 如果代码找不到匹配的规则,也就是语法错误时Zend引擎会停止,并输出错误信息。 比如缺少括号,或者不符合语法规则的情况都会在这个环节检查。 在匹配到相应的语法规则后,Zend引擎还会进行编译, 将代码编译为opcode, 完成后,Zend引擎会执行这些opcode, 在执行opcode的过程中还有可能会继续重复进行编译-执行, 例如执行eval,include/require等语句, 因为这些语句还会包含或者执行其他文件或者字符串中的脚本。

例如上例中的echo语句会编译为一条ZEND_ECHO指令, 执行过程中,该指令由C函数zend_print_variable(zval* z)执行,将传递进来的字符串打印出来。 为了方便理解, 本例中省去了一些细节,例如opcode指令和处理函数之间的映射关系等。 后面的章节将会详细介绍。

如果想直接查看生成的Opcode,可以使用php的vld扩展查看。扩展下载地址: http://pecl.php.net/package/vld。Win下需要自己编译生成dll文件。

有关PHP脚本编译执行的细节,请阅读后面有关词法分析,语法分析及opcode编译相关内容。

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
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  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?
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  26. PHP内核探索:变量的存储
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  31. PHP内核探索:变量的检索
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  38. PHP内核探索:变量作用域
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  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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阅读一百本计算机著作吧,少年

很多人觉得自己技术进步很慢,学习效率低,我觉得一个重要原因是看的书少了。多少是多呢?起码得看3、4、5、6米吧。给个具体的数量,那就100本书吧。很多人知识结构不好而且不系统,因为在特定领域有一个足够量的知识量+足够良好的知识结构,系统化以后就足以应对大量未曾遇到过的问题。

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所以,阅读一百本计算机著作吧,少年!

《浪潮之巅》 吴军 (作者)

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