PHP解释器引擎执行流程

时间：2022-03-12 23:09:30

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1. SAPI接口
2. PHP CLI模式解释执行脚本流程
3. PHP Zend Complile/Execute函数接口化(Hook Call架构基础)

 

1. SAPI接口

PHP的SAPI层实现上层接口的封装，使得PHP可以用在很多种模式场景下(例如apache、ningx、cgi、fastcgi、cli)，以以cli SAPI为例子学习PHP解释器引擎是如何处理PHP用户态源代码文件的
Cli(Command Line Interface)即PHP的命令行模式，现在此SAPI是默认安装的，我们在服务器上安装完PHP之后，一般会生成一个可执行文件

PHP解释器引擎执行流程

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

0x1: sapi_module_struct

要定义个SAPI，首先要定义个sapi_module_struct
PHP-SRC/sapi/cli/php_cli.c

/* {{{ sapi_module_struct cli_sapi_module
*/
static sapi_module_struct cli_sapi_module = {
"cli",                            /* name php_info()的时候被使用 */
"Command Line Interface",        /* pretty name */

    php_cli_startup,                /* startup */
    php_module_shutdown_wrapper,    /* shutdown */

    NULL,                            /* activate */
    sapi_cli_deactivate,            /* deactivate */

    sapi_cli_ub_write,                /* unbuffered write */
    sapi_cli_flush,                    /* flush */
    NULL,                            /* get uid */
    NULL,                            /* getenv */

    php_error,                        /* error handler */

    sapi_cli_header_handler,        /* header handler */
    sapi_cli_send_headers,            /* send headers handler */
    sapi_cli_send_header,            /* send header handler */

    NULL,                            /* read POST data */
    sapi_cli_read_cookies,          /* read Cookies */

    sapi_cli_register_variables,    /* register server variables */
    sapi_cli_log_message,            /* Log message */
    NULL,                            /* Get request time */
    NULL,                            /* Child terminate */

    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，我们在下面的流程介绍中就会逐个涉及到其中的字段

Relevant Link:

http://www.nowamagic.net/librarys/veda/detail/1285

 

2. PHP CLI模式解释执行脚本流程

0x1: Process Startup

主进程main在进行一些必要的初始化工作后，就进入SAPI的逻辑流程，初始化的一些环境变量，这将在整个SAPI生命周期中发生作用

0x2: MINIT

进入特定的SAPI模式之后，PHP调用各个扩展的MINIT方法
\php-5.6.17\sapi\cli\php_cli.c

int main(int argc, char *argv[])
{
    ..
    sapi_module_struct *sapi_module = &cli_sapi_module;
    ..
    sapi_module->ini_defaults = sapi_cli_ini_defaults;
    sapi_module->php_ini_path_override = ini_path_override;
    sapi_module->phpinfo_as_text = 1;
    sapi_module->php_ini_ignore_cwd = 1;
    sapi_startup(sapi_module);
    sapi_started = 1;
    ..

php_cli_startup

static int php_cli_startup(sapi_module_struct *sapi_module) /* {{{ */
{
if (php_module_startup(sapi_module, NULL, 0)==FAILURE) {
return FAILURE;
    }
return SUCCESS;
}

PHP调用各个扩展的MINIT方法，从而使这些扩展切换到可用状态

/* {{{ php_module_startup
*/
int php_module_startup(sapi_module_struct *sf, zend_module_entry *additional_modules, uint num_additional_modules)
{
    ..
    zend_module_entry *module;
    ..
    module_shutdown = 0;
    module_startup = 1;
    sapi_initialize_empty_request(TSRMLS_C);
    sapi_activate(TSRMLS_C);
    ..
/* start additional PHP extensions */
    php_register_extensions_bc(additional_modules, num_additional_modules TSRMLS_CC);

/* load and startup extensions compiled as shared objects (aka DLLs)
       as requested by php.ini entries
       theese are loaded after initialization of internal extensions
       as extensions *might* rely on things from ext/standard
       which is always an internal extension and to be initialized
       ahead of all other internals
*/
    php_ini_register_extensions(TSRMLS_C);
    zend_startup_modules(TSRMLS_C);

/* start Zend extensions */
    zend_startup_extensions();
    ..

MINIT的意思是"模块初始化"。各个模块都定义了一组函数、类库等用以处理其他请求
一个典型的MINIT方法如下

PHP_MINIT_FUNCTION(extension_name){ /* Initialize functions, classes etc */ }

0x3: RINIT

当一个页面请求发生时，SAPI层将控制权交给PHP层。于是PHP设置了用于回复本次请求所需的环境变量。同时，它还建立一个变量表，用来存放执行过程 中产生的变量名和值。PHP调用各个模块的RINIT方法，即"请求初始化"
一个经典的例子是Session模块的RINIT，如果在php.ini中 启用了Session模块，那在调用该模块的RINIT时就会初始化$_SESSION变量，并将相关内容读入
RINIT方法可以看作是一个准备过程， 在程序执行之前就会自动启动。一个典型的RINIT方法如下 

PHP_RINIT_FUNCTION(extension_name) { /* Initialize session variables,pre-populate variables, redefine global variables etc */ }

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，从上面cli对应的cli_sapi_module结构体来看，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

0x4: SCRIPT

PHP通过php_execute_script(&file_handle TSRMLS_CC)来执行PHP的脚本
\php-5.6.17\main\main.c

/* {{{ php_execute_script
*/
PHPAPI int php_execute_script(zend_file_handle *primary_file TSRMLS_DC)
{
//file_handle的类型为zend_file_handle，这个是zend对文件句柄的一个封装，里面的内容和待执行脚本相关
    zend_file_handle *prepend_file_p, *append_file_p;
    zend_file_handle prepend_file = {0}, append_file = {0};
    ..
//php_execute_script最终是调用的zend_execute_scripts
    retval = (zend_execute_scripts(ZEND_REQUIRE TSRMLS_CC, NULL, 3, prepend_file_p, primary_file, append_file_p) == SUCCESS);
    ..

php_execute_script最终是调用的zend_execute_scripts
{PHPSRC}/Zend/zend.c

//此函数具有可变参数，可以一次执行多个PHP文件
ZEND_API int zend_execute_scripts(int type TSRMLS_DC, zval **retval, int file_count, ...) /* {{{ */
{
    ..
    EG(active_op_array) = zend_compile_file(file_handle, type TSRMLS_CC);
    ..
if (EG(active_op_array)) 
    {
        EG(return_value_ptr_ptr) = retval ? retval : NULL;
        zend_execute(EG(active_op_array) TSRMLS_CC);
        ..

1. compile编译过程

zend_compile_file是一个函数指针，其声明在{PHPSRC}/Zend/zend_compile.c中

ZEND_API zend_op_array *(*zend_compile_file)(zend_file_handle *file_handle, int type TSRMLS_DC);

在引擎初始化的时候，会将compile_file函数的地址赋值给zend_compile_file，compile_file函数定义在{PHPSRC}/Zend/zend_language_scanner.l

//函数以zend_file_handle指针作为参数，返回一个指向zend_op_array的指针
ZEND_API zend_op_array *compile_file(zend_file_handle *file_handle, int type TSRMLS_DC)
{
    ..
//Lex词法解析过程
    ..

2. execute执行过程(逐条执行opcode)

zend_execute也是一个函数指针(利用compile过程得到的opcode array)，其声明在{PHPSRC}/Zend/zend_execute.c

ZEND_API extern void (*zend_execute)(zend_op_array *op_array TSRMLS_DC);

在引擎初始化的时候，会将execute函数的地址赋值给zend_execute，execute的定义在{PHPSRC}/Zend/zend_vm_execute.h

//zend_execute以一个指向zend_op_array结构的指针作为参数，这个指针即前面zend_compile_file的返回值，zend_execute就开始执行op_array中的op code，在执行op code的过程中，就实现了PHP语言的各种功能
ZEND_API void zend_execute(zend_op_array *op_array TSRMLS_DC)
{
if (EG(exception)) {
return;
    } 
    zend_execute_ex(i_create_execute_data_from_op_array(op_array, 0 TSRMLS_CC) TSRMLS_CC);
}

0x5: RSHUTDOWN

一旦页面执行完毕(无论是执行到了文件末尾还是用exit或die函数中止)，PHP就会启动清理程序。它会按顺序调用各个模块的RSHUTDOWN方法。 RSHUTDOWN用以清除程序运行时产生的符号表，也就是对每个变量调用unset函数

PHP_RSHUTDOWN_FUNCTION(extension_name) { /* Do memory management, unset all variables used in the last PHP call etc */ }

0x6: MSHUTDOWN

最后，所有的请求都已处理完毕，SAPI也准备关闭了，PHP开始执行第二步：PHP调用每个扩展的MSHUTDOWN方法，这是各个模块最后一次释放内存的机会

PHP_MSHUTDOWN_FUNCTION(extension_name) { /* Free handlers and persistent memory etc */ }

/main/main.c

/* {{{ php_module_shutdown_wrapper
*/
int php_module_shutdown_wrapper(sapi_module_struct *sapi_globals)
{
    TSRMLS_FETCH();
    php_module_shutdown(TSRMLS_C);
return SUCCESS;
}

Relevant Link:

http://www.nowamagic.net/librarys/veda/detail/1286
http://www.nowamagic.net/librarys/veda/detail/1322
http://www.nowamagic.net/librarys/veda/detail/1323
http://www.nowamagic.net/librarys/veda/detail/1332
http://blog.csdn.net/phpkernel/article/details/5716342
http://www.nowamagic.net/librarys/veda/detail/1287
http://www.nowamagic.net/librarys/veda/detail/1289

 

3. PHP Zend Complile/Execute函数接口化(Hook Call架构基础)

PHP内核在设计架构实现的时候，除了提供了扩展机制，还在Zend的两个关键流程(compile、execute)提供了Hook机制，PHP扩展开发人员可以Hook劫持Zend的编译/解释执行流程，在Zend编译执行之前先执行自定义的代码逻辑，然后再交还控制权给Zend。在引擎初始化(zend_startup)的时候

1. end_execute指向了默认的execute
2. zend_compile_file指向了默认的compile_file

我们可以在实际编译和执行之前(RINIT阶段中)将zend_execute和zend_compile_file重写为其他的编译和执行函数，这样就为我们扩展引擎留下了钩子，比如一个比较有名的查看PHP的op code的扩展vld，此扩展就是在每次请求初始化的钩子函数(PHP_RINIT_FUNCTION)中，将zend_execute和zend_compile_file替换成自己的vld_execute和vld_compile_file，这两个函数其实是对原始函数进行了封装，添加了输出opcode信息的附加功能，因为引擎初始化是发生在模块请求初始化之前，而模块请求初始化又是在编译和执行之前，所以这样的覆盖能达到目的

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