PHP内核剖析 Fpm之master进程管理

        以PHP7为学习基础，PHP7的源码为C编写的。

        参考书籍：《PHP内核剖析》秦鹏/著

        GitHub网页：https://github.com/pangudashu/php7-internal/blob/master/1/fpm.md

目录

1、信号事件：

2 进程检查定时器

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        master进程是Fpm多线程模式下的管理进程，master进程与worker进程之间不会直接进行通信，master通过共享内存获取worker进程的信息，根据信息作出相应的对策。

        master进程在调用fpm_run后不再返回，而是进入一个事件的循环中，此后master将始终围绕着几个事件进行处理。这一节我们来看下master是如何管理worker进程的，首先介绍下三种不同的进程管理方式：

        static: 这种方式比较简单，在启动时master按照pm.max_children配置fork出相应数量的worker进程，即worker进程数是固定不变的；

        dynamic: 动态进程管理，首先在fpm启动时按照pm.start_servers初始化一定数量的worker，运行期间如果master发现空闲worker数低于pm.min_spare_servers配置数(表示请求比较多，worker处理不过来了)则会fork worker进程，但总的worker数不能超过pm.max_children，如果master发现空闲worker数超过了pm.max_spare_servers(表示闲着的worker太多了)则会杀掉一些worker，避免占用过多资源，master通过这4个值来控制worker数；

        ondemand: 这种方式一般很少用，在启动时不分配worker进程，等到有请求了后再通知master进程fork worker进程，总的worker数不超过pm.max_children，处理完成后worker进程不会立即退出，当空闲时间超过pm.process_idle_timeout后再退出；

        前面介绍到在fpm_run()master进程将进入fpm_event_loop()：

void fpm_event_loop(int err)
{
    //创建一个io read的监听事件，这里监听的就是在fpm_init()阶段中通过socketpair()创建管道sp[0]
    //当sp[0]可读时将回调fpm_got_signal()
    fpm_event_set(&signal_fd_event, fpm_signals_get_fd(), FPM_EV_READ, &fpm_got_signal, NULL);
    fpm_event_add(&signal_fd_event, 0);

    //如果在php-fpm.conf配置了request_terminate_timeout则启动心跳检查
    if (fpm_globals.heartbeat > 0) {
        fpm_pctl_heartbeat(NULL, 0, NULL);
    }
    //定时触发进程管理
    fpm_pctl_perform_idle_server_maintenance_heartbeat(NULL, 0, NULL);
    
    //进入事件循环，master进程将阻塞在此
    while (1) {
        ...
        //等待IO事件
        ret = module->wait(fpm_event_queue_fd, timeout);
        ...
        //检查定时器事件
        ...
    }
}

        这就是master整体的处理，其进程管理主要依赖注册的几个事件，接下来我们详细分析下这几个事件的功能。

1、信号事件：

        在fpm_init()阶段master曾创建了一个全双工的管道：sp，然后在这里创建了一个sp[0]可读的事件，当sp[0]可读时将交由fpm_got_signal()处理，向sp[1]写数据时sp[0]才会可读，那么什么时机会向sp[1]写数据呢？前面已经提到了：当master收到注册的那几种信号时（事件在下面给出了）会写入sp[1]端，这个时候将触发sp[0]可读事件，回调fpm_got_signal()进行处理，具体代码在上一个代码的5、6行，具体流程如下：

        具体的事件如下： 

        SIGINT、SIGTERM(终止进程)、SIGQUIT（停止进程）: 退出fpm，在master收到退出信号后将向所有的worker进程发送退出信号，然后master退出；

        SIGUSR1: 重新加载日志文件，生产环境中通常会对日志进行切割，切割后会生成一个新的日志文件，如果fpm不重新加载将无法继续写入日志，这个时候就需要向master发送一个USR1的信号；

        SIGUSR2: 重启fpm，首先master也是会向所有的worker进程发送退出信号，然后master会调用execvp()重新启动fpm，最后旧的master退出；

        SIGCHLD: 这个信号是子进程退出时操作系统发送给父进程的，子进程退出时，内核将子进程置为僵尸状态，这个进程称为僵尸进程，它只保留最小的一些内核数据结构，以便父进程查询子进程的退出状态，只有当父进程调用wait或者waitpid函数查询子进程退出状态后子进程才告终止，fpm中当worker进程因为异常原因(比如coredump了)退出而非master主动杀掉时master将受到此信号，这个时候父进程将调用waitpid()查下子进程的退出，然后检查下是不是需要重新fork新的worker；

2、进程检查定时器

        fpm_event_loop中调用fpm_pctl_perform_idle_server_maintenance_heartbeat()注册了一个定时器：

if (!err) {
		fpm_pctl_perform_idle_server_maintenance_heartbeat(NULL, 0, NULL);
           
        //log
		zlog(ZLOG_DEBUG, "%zu bytes have been reserved in SHM", fpm_shm_get_size_allocated());
		zlog(ZLOG_NOTICE, "ready to handle connections");

#ifdef HAVE_SYSTEMD
		fpm_systemd_heartbeat(NULL, 0, NULL);
#endif
	}

       这个定时器是master来定时检查worker的数量，根据不同的策略（static/dynamic/ondemand）的配置决定是否要fork或kill进程。

void fpm_pctl_perform_idle_server_maintenance_heartbeat(struct fpm_event_s *ev, short which, void *arg) /* {{{ */
{
	static struct fpm_event_s heartbeat;
	struct timeval now;
    //定时器触发时回调的逻辑
    ...
    //此后的逻辑只在注册时执行一次，以后不会再到达这里
    //设置定时器，回调函数也是本函数
	/* first call without setting which to initialize the timer */
	fpm_event_set_timer(&heartbeat, FPM_EV_PERSIST, &fpm_pctl_perform_idle_server_maintenance_heartbeat, NULL);
    //注册定时器，第二个参数是每隔多少ms触发
	fpm_event_add(&heartbeat, FPM_IDLE_SERVER_MAINTENANCE_HEARTBEAT);
}

        从代码中可以看出，这里注册了一个定时器，其回调函数也是自己，触发的时间间隔为FPM_IDLE_SERVER_MAINTENANCE_HEARTBEAT（即1000ms）。定时器触发时的逻辑如下：

if (which == FPM_EV_TIMEOUT) { //确认是一个定时事件
		fpm_clock_get(&now);

        //fpm_pctl_can_spawn_children()检查master当前状态是否正常，比如master收到了退出信号
        //这个时候就不需要再进行fork、kill操作了
		if (fpm_pctl_can_spawn_children()) {
			fpm_pctl_perform_idle_server_maintenance(&now);
            
            //具体的worker检查逻辑
			/* if it's a child, stop here without creating the next event
			 * this event is reserved to the master process
			 */
			if (fpm_globals.is_child) {
				return;
			}
		}
		return;
	}

        fpm_pctl_perform_idle_server_maintenance只针对（dynamic/ondemand），检查的策略就是遍历所有的worker pool，具体的过程与逻辑如下：

static void fpm_pctl_perform_idle_server_maintenance(struct timeval *now)
{
    for (wp = fpm_worker_all_pools; wp; wp = wp->next) {
        struct fpm_child_s *last_idle_child = NULL; //空闲时间最久的worker
        int idle = 0; //空闲worker数
        int active = 0; //忙碌worker数
        
        for (child = wp->children; child; child = child->next) {
            //根据worker进程的fpm_scoreboard_proc_s->request_stage判断
            if (fpm_request_is_idle(child)) {
                //找空闲时间最久的worker
                ...
                idle++;
            }else{
                active++;
            }
        }
        ...
        //ondemand模式
        if (wp->config->pm == PM_STYLE_ONDEMAND) {
            if (!last_idle_child) continue;

            fpm_request_last_activity(last_idle_child, &last);
            fpm_clock_get(&now);
            if (last.tv_sec < now.tv_sec - wp->config->pm_process_idle_timeout) {
                //如果空闲时间最长的worker空闲时间超过了process_idle_timeout则杀掉该worker
                last_idle_child->idle_kill = 1;
                fpm_pctl_kill(last_idle_child->pid, FPM_PCTL_QUIT);
            } 
            continue;
        }
        //dynamic
        if (wp->config->pm != PM_STYLE_DYNAMIC) continue;
        if (idle > wp->config->pm_max_spare_servers && last_idle_child) {
            //空闲worker太多了，杀掉
            last_idle_child->idle_kill = 1;
            fpm_pctl_kill(last_idle_child->pid, FPM_PCTL_QUIT);
            wp->idle_spawn_rate = 1;
            continue;
        }
        if (idle < wp->config->pm_min_spare_servers) {
            //空闲worker太少了，如果总worker数未达到max数则fork
            ...
        }
    }
}

        注意：给个周期只会kill/fork一个进程，如果连续fork了几次进程，则会把fork数翻倍。

3、执行超时检查定时器

       这个事件是用于限制worker处理单个请求最大耗时的，php-fpm.conf中有一个request_terminate_timeout的配置项，如果worker处理一个请求的总时长超过了这个值那么master将会向此worker进程发送kill -TERM信号杀掉worker进程，此配置单位为秒，默认值为0表示关闭此机制，另外fpm打印的slow log也是在这里完成的。

//fpm_event_loop
//如果在php-fpm.conf配置了request_terminate_timeout则启动心跳检查
    if (fpm_globals.heartbeat > 0) {
        fpm_pctl_heartbeat(NULL, 0, NULL);
    }

fpm_pctl_heartbeat()定义了一个定时器，每隔fpm_globals.heartbeat毫秒触发一次，回调的也是自己。

//注册定时器
void fpm_pctl_heartbeat(struct fpm_event_s *ev, short which, void *arg) /* {{{ */
{
	static struct fpm_event_s heartbeat;
	struct timeval now;

	if (which == FPM_EV_TIMEOUT) {
		fpm_clock_get(&now);
		fpm_pctl_check_request_timeout(&now);
		return;
	}

	//设置触发周期
	fpm_globals.heartbeat = MAX(fpm_globals.heartbeat, FPM_PCTL_MIN_HEARTBEAT);

	/* first call without setting to initialize the timer */
	zlog(ZLOG_DEBUG, "heartbeat have been set up with a timeout of %dms", fpm_globals.heartbeat);

    //下面的逻辑只在注册时执行一次
    //注册定时器，回调的是自己，每隔一个触发周期触发一次
	fpm_event_set_timer(&heartbeat, FPM_EV_PERSIST, &fpm_pctl_heartbeat, NULL);
	fpm_event_add(&heartbeat, fpm_globals.heartbeat);
}

定时器定时调用fpm_pctl_check_request_timeout。