跟廠長學PHP7內核（五）：系統分析生命週期

上篇文章講述了模塊初始化階段之前的準備工作，本篇我來詳細介紹PHP生命週期的五個階段。

一、模塊初始化階段

我們先來看一下該階段的每個函數的作用。

1.1、sapi_initialize_request_empty函數

// main/SAPI.c
SAPI_API void sapi_initialize_empty_request(void)
{
    SG(server_context) = NULL;
    SG(request_info).request_method = NULL;
    SG(request_info).auth_digest = SG(request_info).auth_user = SG(request_info).auth_password = NULL;
    SG(request_info).content_type_dup = NULL;
}

這個函數主要爲前面定義的SG宏中的成員變量進行初始化。

1.2、sapi_activate函數

// main/SAPI.c
SAPI_API void sapi_activate(void)
{
    zend_llist_init(&SG(sapi_headers).headers, sizeof(sapi_header_struct), (void (*)(void *)) sapi_free_header, 0);
    SG(sapi_headers).send_default_content_type = 1;
    SG(sapi_headers).http_status_line = NULL;
    SG(sapi_headers).mimetype = NULL;
    SG(headers_sent) = 0;
    ......
    /* Handle request method */
    if (SG(server_context)) {
        ......

        if (sapi_module.activate) {
            sapi_module.activate();
        }
    }
    if (sapi_module.input_filter_init) {
        sapi_module.input_filter_init();
    }
}

函數的前半部分主要還是對SG宏的成員變量進行初始化。後半部分先是調用了sapi_module_struct內部實現的activate函數，又調用了input_filter_init函數，但是在CLI模式並沒有實現這兩個函數，只是返回了NULL。代碼如下：

NULL,                           /* activate */

1.3、php_output_startup函數

//main/output.c
PHPAPI void php_output_startup(void)
{
    ZEND_INIT_MODULE_GLOBALS(output, php_output_init_globals, NULL);
    zend_hash_init(&php_output_handler_aliases, 8, NULL, NULL, 1);
    zend_hash_init(&php_output_handler_conflicts, 8, NULL, NULL, 1);
    zend_hash_init(&php_output_handler_reverse_conflicts, 8, NULL, reverse_conflict_dtor, 1);
    php_output_direct = php_output_stdout;
}

我們先來看ZEND_INIT_MODULE_GLOBALS宏做了什麼事情：

#define ZEND_INIT_MODULE_GLOBALS(module_name, globals_ctor, globals_dtor)   \
    globals_ctor(&module_name##_globals);

由代碼得知，該宏只是做了一層替換，替換後的內容爲：

php_output_init_globals(&output_globals);

那php_output_init_globals函數又做了什麼呢？

//main/output.c
static inline void php_output_init_globals(zend_output_globals *G)
{
    ZEND_TSRMLS_CACHE_UPDATE();
    memset(G, 0, sizeof(*G));
}

該函數通過memset函數對output_globals進行了內存相關的初始化，我們可以在main/php_output.h中的155行找到它的宏定義OG。

//main/php_output.h
# define OG(v) (output_globals.v)

OG對應的結構體是php_output_init_globals的入參zend_output_globals，在這裏花了些時間，因爲沒找到定義在哪裏，最後發現它也是通過宏定義替換得來的，代碼如下：

//main/php_output.h
ZEND_BEGIN_MODULE_GLOBALS(output)
    zend_stack handlers;
    php_output_handler *active;
    php_output_handler *running;
    const char *output_start_filename;
    int output_start_lineno;
    int flags;
ZEND_END_MODULE_GLOBALS(output)

看似是定義了一個結構體，但是代碼中又出現了兩個宏，我們再來瞅瞅這兩個宏是幹嘛的：

//Zend/zend_API.h
#define ZEND_BEGIN_MODULE_GLOBALS(module_name)      \
    typedef struct _zend_##module_name##_globals {
#define ZEND_END_MODULE_GLOBALS(module_name)        \
    } zend_##module_name##_globals;

原來只是做了個替換而已，替換後的代碼如下：

//這個是意淫出來的代碼
typedef struct _zend_output_globals {
    zend_stack handlers;
    php_output_handler *active;
    php_output_handler *running;
    const char *output_start_filename;
    int output_start_lineno;
    int flags;
} zend_output_globals

這纔是zend_output_globals最純粹的定義，寫的很是騷氣，差點看斷片。這樣看來我們的OG宏對應的就是這個結構體了，姑且認爲它是PHP輸出相關的結構體。我們繼續往下看：

zend_hash_init(&php_output_handler_aliases, 8, NULL, NULL, 1);
zend_hash_init(&php_output_handler_conflicts, 8, NULL, NULL, 1);
zend_hash_init(&php_output_handler_reverse_conflicts, 8, NULL, reverse_conflict_dtor, 1);
php_output_direct = php_output_stdout;

接下來又對三個HashTable進行了初始化，初始化完成後，將php_output_direct指針指向了php_output_stdout函數。php_output_stdout函數的作用是調用fwrite函數，輸出字符串到stdout中。代碼如下：

//main/output.c
static size_t php_output_stdout(const char *str, size_t str_len)
{
    fwrite(str, 1, str_len, stdout);
    return str_len;
}

1.4、php_startup_ticks函數

int php_startup_ticks(void)
{
    zend_llist_init(&PG(tick_functions), sizeof(struct st_tick_function), NULL, 1);
    return SUCCESS;
}

這裏又出現了一個PG宏，來看下它的定義

# define PG(v) (core_globals.v)

PG對應的結構體是core_globals，core_globals又對應_php_core_globals，代碼如下

extern ZEND_API struct _php_core_globals core_globals;

php_core_globals顧名思義，就是php核心的全局變量，定義很多PHP相關的參數，比如內存上限、是否顯示錯誤信息、上傳文件大小限制、輸入輸出編碼、禁用的函數等等，這裏不再贅述，感興趣的同學可以去看一下源碼。

//main/php_globals.h
struct _php_core_globals {
    zend_bool implicit_flush;

    zend_long output_buffering;

    zend_bool sql_safe_mode;
    zend_bool enable_dl;
    ......
};

而php_startup_ticks函數就是對PG宏的成員變量tick_functions進行初始化。

1.5、gc_globals_ctor函數

ZEND_API void gc_globals_ctor(void)
{
    gc_globals_ctor_ex(&gc_globals);
}

這裏又出現了一個gc_globals，它是與垃圾回收相關的結構體，這段代碼是對gc_globals進行初始化。

//Zend/zend_gc.c
typedef struct _zend_gc_globals {
    zend_bool         gc_enabled;
    zend_bool         gc_active;
    zend_bool         gc_full;

    gc_root_buffer   *buf;              /* preallocated arrays of buffers   */
    ......

} zend_gc_globals;

1.6、zend_startup函數

++start_memory_manager++：初始化內存管理器，對結構體alloc_globals進行初始化。

++virtual_cwd_startup++：virtual_cwd_startup初始化了cwd_globals，根據源碼可以看出成員變量都與realpath_cache有關，realpath_cache是什麼呢？我們平時在寫代碼的時候，經常會使用include、include_once、require、require_once等語句導入文件，如果每次使用這些語句都要去對應的目錄中尋找目標文件，勢必會降低性能，所以官方加入了緩存，以便PHP再次使用時不必到include_path中查找，加快PHP的執行速度。

//Zend/zend_virtual_cwd.c
typedef struct _virtual_cwd_globals {
    cwd_state cwd;
    zend_long                   realpath_cache_size;
    zend_long                   realpath_cache_size_limit;
    zend_long                   realpath_cache_ttl;
    realpath_cache_bucket *realpath_cache[1024];
} virtual_cwd_globals;

++zend_startup_extensions_mechanism++。啓動擴展機制，初始化zend_extensions結構體。

int zend_startup_extensions_mechanism()
{
    /* Startup extensions mechanism */
    zend_llist_init(&zend_extensions, sizeof(zend_extension), (void (*)(void *)) zend_extension_dtor, 1);
    last_resource_number = 0;
    return SUCCESS;
}

++提供編譯與執行入口++。

zend_compile_file = compile_file;
zend_execute_ex = execute_ex;

++zend_init_opcodes_handlers++。初始化Zend虛擬機的handler

++初始化CG、EG++。初始化CG(function_table)、CG(class_table)、CG(auto_globals)、EG(zend_constants)。

GLOBAL_FUNCTION_TABLE = (HashTable *) malloc(sizeof(HashTable));
GLOBAL_CLASS_TABLE = (HashTable *) malloc(sizeof(HashTable));
GLOBAL_AUTO_GLOBALS_TABLE = (HashTable *) malloc(sizeof(HashTable));
GLOBAL_CONSTANTS_TABLE = (HashTable *) malloc(sizeof(HashTable));

++ini_scanner_globals_ctor++。初始化ini_scanner_globals。

++php_scanner_globals_ctor++。初始化language_scanner_globals。

++zend_set_default_compile_time_values++。設置了編譯相關的配置。

//Zend/zend.c
static void zend_set_default_compile_time_values(void) /* {{{ */
{
    /* default compile-time values */
    CG(short_tags) = short_tags_default;
    CG(compiler_options) = compiler_options_default;
}

++EG(error_reporting)++。EG宏就是executor_globals，Zend執行器相關的全局變量，在這裏對我們熟知的error_reporting進行配置。

//Zend/zend_globals.h
struct _zend_executor_globals {
    zval uninitialized_zval;
    zval error_zval;

    /* symbol table cache */
    zend_array *symtable_cache[SYMTABLE_CACHE_SIZE];
    zend_array **symtable_cache_limit;
    zend_array **symtable_cache_ptr;
    ......
}

++zend_interned_strings_init++。初始化內部字符串。

//Zend/zend_string.c
void zend_interned_strings_init(void)
{
#ifndef ZTS
    zend_string *str;

    zend_hash_init(&CG(interned_strings), 1024, NULL, _str_dtor, 1);
    ......
}

++zend_startup_builtin_functions++。初始化內部函數。

//Zend/zend_builtin_functions.c
int zend_startup_builtin_functions(void) /* {{{ */
{
    zend_builtin_module.module_number = 0;
    zend_builtin_module.type = MODULE_PERSISTENT;
    return (EG(current_module) = zend_register_module_ex(&zend_builtin_module)) == NULL ? FAILURE : SUCCESS;
}

++zend_register_standard_constants++。註冊常量，比如E_ERROR、E_WARNING、E_NOTICE、E_CORE_ERROR等。

//Zend/zend_constants.c
void zend_register_standard_constants(void)
{
    REGISTER_MAIN_LONG_CONSTANT("E_ERROR", E_ERROR, CONST_PERSISTENT | CONST_CS);
    REGISTER_MAIN_LONG_CONSTANT("E_RECOVERABLE_ERROR", E_RECOVERABLE_ERROR, CONST_PERSISTENT | CONST_CS);
    REGISTER_MAIN_LONG_CONSTANT("E_WARNING", E_WARNING, CONST_PERSISTENT | CONST_CS);
    ......
}

++zend_register_auto_global++。將GLOBALS加入CG(auto_globals)。

//Zend/zend.c
zend_register_auto_global(zend_string_init("GLOBALS", sizeof("GLOBALS") - 1, 1), 1, php_auto_globals_create_globals);

++zend_init_rsrc_plist++。初始化持久化符號表。

int zend_init_rsrc_plist(void)
{
    zend_hash_init_ex(&EG(persistent_list), 8, NULL, plist_entry_destructor, 1, 0);
    return SUCCESS;
}

++zend_init_exception_op++。初始化EG(exception_op)。

++zend_init_call_trampoline_op++。初始化EG(call_trampoline_op)。

++zend_ini_startup++。初始化與php.ini解析相關的變量。

//Zend/zend_ini.c
ZEND_API int zend_ini_startup(void) /* {{{ */
{
    registered_zend_ini_directives = (HashTable *) malloc(sizeof(HashTable));

    EG(ini_directives) = registered_zend_ini_directives;
    EG(modified_ini_directives) = NULL;
    EG(error_reporting_ini_entry) = NULL;
    zend_hash_init_ex(registered_zend_ini_directives, 128, NULL, free_ini_entry, 1, 0);
    return SUCCESS;
}

1.7、zend_register_list_destructors_ex函數

初始化析構函數

//Zend/zend_list.c
ZEND_API int zend_register_list_destructors_ex(rsrc_dtor_func_t ld, rsrc_dtor_func_t pld, const char *type_name, int module_number)
{
    zend_rsrc_list_dtors_entry *lde;
    zval zv;

    lde = malloc(sizeof(zend_rsrc_list_dtors_entry));
    lde->list_dtor_ex = ld;
    lde->plist_dtor_ex = pld;
    lde->module_number = module_number;
    lde->resource_id = list_destructors.nNextFreeElement;
    lde->type_name = type_name;
    ZVAL_PTR(&zv, lde);

    if (zend_hash_next_index_insert(&list_destructors, &zv) == NULL) {
        return FAILURE;
    }
    return list_destructors.nNextFreeElement-1;
}

1.8、php_binary_init函數

獲取PHP執行的二進制路徑

static void php_binary_init(void)
{
    char *binary_location;
#ifdef PHP_WIN32
    binary_location = (char *)malloc(MAXPATHLEN);
    if (GetModuleFileName(0, binary_location, MAXPATHLEN) == 0) {
        free(binary_location);
        PG(php_binary) = NULL;
    }
#else
    if (sapi_module.executable_location) {
        binary_location = (char *)malloc(MAXPATHLEN);
        if (!strchr(sapi_module.executable_location, '/')) {
            char *envpath, *path;
            int found = 0;
            ......
}

1.9、php_output_register_constants函數

初始化輸出相關的預定義常量

//main/output.c
PHPAPI void php_output_register_constants(void)
{
    REGISTER_MAIN_LONG_CONSTANT("PHP_OUTPUT_HANDLER_START", PHP_OUTPUT_HANDLER_START, CONST_CS | CONST_PERSISTENT);
    REGISTER_MAIN_LONG_CONSTANT("PHP_OUTPUT_HANDLER_WRITE", PHP_OUTPUT_HANDLER_WRITE, CONST_CS | CONST_PERSISTENT);
    REGISTER_MAIN_LONG_CONSTANT("PHP_OUTPUT_HANDLER_FLUSH", PHP_OUTPUT_HANDLER_FLUSH, CONST_CS | CONST_PERSISTENT);
    REGISTER_MAIN_LONG_CONSTANT("PHP_OUTPUT_HANDLER_CLEAN", PHP_OUTPUT_HANDLER_CLEAN, CONST_CS | CONST_PERSISTENT);
    REGISTER_MAIN_LONG_CONSTANT("PHP_OUTPUT_HANDLER_FINAL", PHP_OUTPUT_HANDLER_FINAL, CONST_CS | CONST_PERSISTENT);
    REGISTER_MAIN_LONG_CONSTANT("PHP_OUTPUT_HANDLER_CONT", PHP_OUTPUT_HANDLER_WRITE, CONST_CS | CONST_PERSISTENT);
    REGISTER_MAIN_LONG_CONSTANT("PHP_OUTPUT_HANDLER_END", PHP_OUTPUT_HANDLER_FINAL, CONST_CS | CONST_PERSISTENT);

    REGISTER_MAIN_LONG_CONSTANT("PHP_OUTPUT_HANDLER_CLEANABLE", PHP_OUTPUT_HANDLER_CLEANABLE, CONST_CS | CONST_PERSISTENT);
    REGISTER_MAIN_LONG_CONSTANT("PHP_OUTPUT_HANDLER_FLUSHABLE", PHP_OUTPUT_HANDLER_FLUSHABLE, CONST_CS | CONST_PERSISTENT);
    REGISTER_MAIN_LONG_CONSTANT("PHP_OUTPUT_HANDLER_REMOVABLE", PHP_OUTPUT_HANDLER_REMOVABLE, CONST_CS | CONST_PERSISTENT);
    REGISTER_MAIN_LONG_CONSTANT("PHP_OUTPUT_HANDLER_STDFLAGS", PHP_OUTPUT_HANDLER_STDFLAGS, CONST_CS | CONST_PERSISTENT);
    REGISTER_MAIN_LONG_CONSTANT("PHP_OUTPUT_HANDLER_STARTED", PHP_OUTPUT_HANDLER_STARTED, CONST_CS | CONST_PERSISTENT);
    REGISTER_MAIN_LONG_CONSTANT("PHP_OUTPUT_HANDLER_DISABLED", PHP_OUTPUT_HANDLER_DISABLED, CONST_CS | CONST_PERSISTENT);
}

1.10、php_rfc1867_register_constants函數

註冊文件上傳相關的預定義常量

//main/rfc1867.c
void php_rfc1867_register_constants(void) /* {{{ */
{
    REGISTER_MAIN_LONG_CONSTANT("UPLOAD_ERR_OK",         UPLOAD_ERROR_OK, CONST_CS | CONST_PERSISTENT);
    REGISTER_MAIN_LONG_CONSTANT("UPLOAD_ERR_INI_SIZE",   UPLOAD_ERROR_A,  CONST_CS | CONST_PERSISTENT);
    REGISTER_MAIN_LONG_CONSTANT("UPLOAD_ERR_FORM_SIZE",  UPLOAD_ERROR_B,  CONST_CS | CONST_PERSISTENT);
    REGISTER_MAIN_LONG_CONSTANT("UPLOAD_ERR_PARTIAL",    UPLOAD_ERROR_C,  CONST_CS | CONST_PERSISTENT);
    REGISTER_MAIN_LONG_CONSTANT("UPLOAD_ERR_NO_FILE",    UPLOAD_ERROR_D,  CONST_CS | CONST_PERSISTENT);
    REGISTER_MAIN_LONG_CONSTANT("UPLOAD_ERR_NO_TMP_DIR", UPLOAD_ERROR_E,  CONST_CS | CONST_PERSISTENT);
    REGISTER_MAIN_LONG_CONSTANT("UPLOAD_ERR_CANT_WRITE", UPLOAD_ERROR_F,  CONST_CS | CONST_PERSISTENT);
    REGISTER_MAIN_LONG_CONSTANT("UPLOAD_ERR_EXTENSION",  UPLOAD_ERROR_X,  CONST_CS | CONST_PERSISTENT);
}

1.11、php_init_config函數

初始化配置文件php.ini，並通過zend_parse_ini_file解析。

1.12、zend_register_standard_ini_entries函數

初始化ini相關的變量

void zend_register_standard_ini_entries(void) /* {{{ */
{
    int module_number = 0;

    REGISTER_INI_ENTRIES();
}

1.13、php_startup_auto_globals函數

註冊我們熟知的全局變量GET、${}_{G}ET、$ _POST、$_COOKIE等等

//main/php_variables.c
void php_startup_auto_globals(void)
{
    zend_register_auto_global(zend_string_init("_GET", sizeof("_GET")-1, 1), 0, php_auto_globals_create_get);
    zend_register_auto_global(zend_string_init("_POST", sizeof("_POST")-1, 1), 0, php_auto_globals_create_post);
    zend_register_auto_global(zend_string_init("_COOKIE", sizeof("_COOKIE")-1, 1), 0, php_auto_globals_create_cookie);
    zend_register_auto_global(zend_string_init("_SERVER", sizeof("_SERVER")-1, 1), PG(auto_globals_jit), php_auto_globals_create_server);
    zend_register_auto_global(zend_string_init("_ENV", sizeof("_ENV")-1, 1), PG(auto_globals_jit), php_auto_globals_create_env);
    zend_register_auto_global(zend_string_init("_REQUEST", sizeof("_REQUEST")-1, 1), PG(auto_globals_jit), php_auto_globals_create_request);
    zend_register_auto_global(zend_string_init("_FILES", sizeof("_FILES")-1, 1), 0, php_auto_globals_create_files);
}

1.14、php_startup_sapi_content_types函數

初始化針對不同內容類型的處理函數

//main/php_content_types.c
int php_startup_sapi_content_types(void)
{
    sapi_register_default_post_reader(php_default_post_reader);
    sapi_register_treat_data(php_default_treat_data);
    sapi_register_input_filter(php_default_input_filter, NULL);
    return SUCCESS;
}

二、請求初始化階段

函數	說明
php_output_activate()	重置輸出全局變量，初始化輸出相關堆棧
zend_activate()	初始化Zend引擎
sapi_activate()	初始化SG宏，調各sapi鉤子函數activate
zend_signal_activate()	信號處理
zend_set_timeout()	設置超時時間
php_hash_environment()	初始化PHP請求的全局變量
zend_activate_modules()	調用各擴展定義的request_startup鉤子函數

2.1、php_output_activate

重新爲output_globals分配內存，初始化與輸出處理程序相關的堆棧，並將OG宏的flags設置爲激活狀態。

//main/output.c
PHPAPI int php_output_activate(void)
{
#ifdef ZTS
    memset((*((void ***) ZEND_TSRMLS_CACHE))[TSRM_UNSHUFFLE_RSRC_ID(output_globals_id)], 0, sizeof(zend_output_globals));
#else
    memset(&output_globals, 0, sizeof(zend_output_globals));
#endif

    zend_stack_init(&OG(handlers), sizeof(php_output_handler *));
    OG(flags) |= PHP_OUTPUT_ACTIVATED;

    return SUCCESS;
}

2.2、zend_activate

zend引擎的初始化，主要作用爲重置垃圾回收、初始化編譯器、初始化執行器、初始化掃描器。

函數	說明
gc_reset()	重置垃圾回收
init_compiler()	初始化編譯器
init_executor()	初始化執行器
startup_scanner()	初始化掃描器

2.3、sapi_activate

對SG宏內的一些變量進行初始化，並調用當前sapi_module_struct中定義的鉤子函數activate()以及input_filter_init()，但是在cli模式下，這兩個鉤子函數都沒有實現，返回了null。

//main/SAPI.c
SAPI_API void sapi_activate(void)
{
    zend_llist_init(&SG(sapi_headers).headers, sizeof(sapi_header_struct), (void (*)(void *)) sapi_free_header, 0);
    SG(sapi_headers).send_default_content_type = 1;

    /*
    SG(sapi_headers).http_response_code = 200;
    */
    SG(sapi_headers).http_status_line = NULL;
    SG(sapi_headers).mimetype = NULL;
    SG(headers_sent) = 0;
    ZVAL_UNDEF(&SG(callback_func));
    SG(read_post_bytes) = 0;
    SG(request_info).request_body = NULL;
    ......
}

2.4、php_hash_environment

爲http_globals分配內存，初始化auto_globals，解析請求參數並存放到全局變量中。

PHPAPI int php_hash_environment(void)
{
    memset(PG(http_globals), 0, sizeof(PG(http_globals)));
    zend_activate_auto_globals();
    if (PG(register_argc_argv)) {
        php_build_argv(SG(request_info).query_string, &PG(http_globals)[TRACK_VARS_SERVER]);
    }
    return SUCCESS;
}

2.5、zend_activate_modules

該函數通過遍歷註冊在module_registry的所有模塊，調用每個模塊的鉤子函數request_startup()進行初始化。

ZEND_API void zend_activate_modules(void) /* {{{ */
{
    zend_module_entry **p = module_request_startup_handlers;

    while (*p) {
        zend_module_entry *module = *p;

        if (module->request_startup_func(module->type, module->module_number)==FAILURE) {
            zend_error(E_WARNING, "request_startup() for %s module failed", module->name);
            exit(1);
        }
        p++;
    }
}

三、執行腳本階段

函數	說明
compile_file()	-
open_file_for_scanning()	讀取PHP代碼內容
zend_parse()	詞法語法分析生成AST
init_op_array()	初始化op_array
zend_compile_top_stmt()	將AST轉換爲op_array
pass_two()	設置op_array中對應zend虛擬機的handler
zend_execute()	執行op_array

執行階段的入口是php_execute_script函數，該函數又調用了zend_execute_scripts函數，看了這段代碼的同學可能會找不到上圖表中所提到的compile_file()函數，其實它在模塊初始化階段就已經將compile_file賦值給了zend_compile_file。

//Zend/zend.c
zend_compile_file = compile_file;

執行階段調用示意圖：

四、請求關閉階段

請求關閉階段主要內容是調用各模塊的關閉函數和析構函數、輸出緩衝區內容、調用各擴展的鉤子函數RSHUTDOWN、關閉編譯器和執行器以及還原PHP配置等。

五、模塊關閉階段

雖然請求關閉和模塊關閉看起來是兩個截然不同的階段，但閱讀完源碼後發現並看不出兩個階段的區別。它的主要作用是調用模塊的flush函數、清理符號表、銷燬全局變量、關閉內存管理和垃圾回收、關閉輸出等。