一文淺析Nginx與php-fpm間的通訊機制
什麼是CGI?
講Fastcgi之前需要先講CGI，CGI是為了保證web server傳遞過來的資料是標準格式的，它是一個協定。每種動態語言（ PHP,Python 等）的程式碼檔案需要通過對應的解析器才能被伺服器識別，而 CGI 協定就是用來使直譯器與伺服器可以互相通訊。PHP 檔案在伺服器上的解析需要用到 PHP 直譯器，再加上對應的 CGI 協定，從而使伺服器可以解析到 PHP 檔案。
1.使用者通過使用者端(瀏覽器)輸入一個網址，例如www.baidu.com。
2.瀏覽器經過一些列的處理(這裡省略其中的流程)，請求到對應伺服器的。
3.伺服器網路卡根據監聽到的埠，將請求傳送給對應的軟體服務。
4.web伺服器(Nginx/Apache等web軟體)接收請求後，通過fast-cgi或者cgi協定，將請求資料轉發給php-fpm程序管理器。php-fpm將任務下發給下面空閒的work程序，此時work程序中的php直譯器開始處理檔案。
5.php直譯器處理好，通過fast-cgi或者cgi協定，再將轉換後的資料返給web伺服器，web伺服器再響應給使用者端。
什麼是FastCGI?
Fastcgi是CGI的更高階的一種方式，是用來提高CGI程式效能的。由於 CGI 的機制是每處理一個請求需要 fork 一個 CGI 程序，請求結束再kill掉這個程序，在實際應用上比較浪費資源，於是就出現了CGI 的改良版本 FastCGI，FastCGI 在請求處理完後，不會 kill 掉程序，而是繼續處理多個請求，這樣就大大提高了效率。
什麼是php-fpm?
PHP-FPM 即 PHP-FastCGI Process Manager， 它是 FastCGI 的實現，並提供了程序管理的功能。程序包含 master 程序和 worker 程序兩種；master 程序只有一個，負責監聽埠，接收來自伺服器的請求，而 worker 程序則一般有多個（具體數量根據實際需要進行設定），每個程序內部都會嵌入一個 PHP 直譯器，是程式碼真正執行的地方。在沒有php-fpm之前，每當我們修改了php.ini的設定資訊，都會面臨著下面的幾個問題:
需要重新啟動php-cgi程式,才能使組態檔生效,同時php-cgi不支援平滑重新啟動。
kill掉php-cgi程式時，必須重新啟動，否則PHP就不能正常工作。
因此就可以把php-fpm理解為,是一個實現了Fastcgi協定的程式,用來管理Fastcgi啟動的程序的,即能夠排程php-cgi程序的程式。現已在PHP核心中就整合了PHP-FPM，使用--enalbe-fpm這個編譯引數即可。另外，修改了php.ini組態檔後，沒辦法平滑重新啟動，需要重新啟動php-fpm才可。此時新fork的worker會用新的設定，已經存在的worker繼續處理完手上的活。
Web伺服器與程式解析器執行流程（Nginx與php-fpm通訊機制(通訊流程)）
web server（如nginx）只是內容的分發者。比如，如果請求/index.html，那麼web server會去檔案系統中找到這個檔案，傳送給瀏覽器，這裡分發的是靜態資源。如果現在請求的是/index.php，根據組態檔，nginx知道這個不是靜態檔案，需要去找PHP解析器來處理，那麼他會把這個請求簡單處理後交給PHP解析器。此時CGI便是規定了要傳什麼資料／以什麼格式傳輸給php解析器的協定。當web server收到/index.php這個請求後，會啟動對應的CGI程式，這裡就是PHP的解析器。接下來PHP解析器會解析php.ini檔案，初始化執行環境，然後處理請求，再以CGI規定的格式返回處理後的結果，退出程序。
CGI與FastCGI相比較
兩者的主要差距在於效能瓶頸。前者接受到一個請求就會fork一個程序，後者則是事先啟動一部分的worker程序。
CGI工作原理
CGI針對每個http請求都是fork一個新程序來進行處理，接著讀取php.ini檔案設定資訊，初始化執行環境等。
2.然後這個程序會把處理完的資料返回給web伺服器，最後web伺服器把內容傳送給使用者。
3.剛才fork的程序也隨之退出。
4.如果下次使用者還請求動態資源，那麼web伺服器又再次fork一個新程序，周而復始的進行。
FastCGI工作原理
Fastcgi則會先fork一個master，解析組態檔，初始化執行環境,然後再fork多個worker。
2.當請求過來時，master會傳遞給一個worker，然後立即可以接受下一個請求。這樣就避免了重複的勞動，效率自然是高。
3.而且當worker不夠用時，master可以根據設定預先啟動幾個worker等著；當然空閒worker太多時，也會停掉一些，這樣就提高了效能，也節約了資源。這就是Fastcgi的對程序的管理。大多數Fastcgi實現都會維護一個程序池。
注：swoole作為httpserver，實際上也是類似這樣的工作方式。
Nginx與php-fpm通訊分析
Nginx與php-fpm通訊有兩種方式，一種是通過tcp socket和 unix socket。前者是通過ip:埠方式進行通訊，後者是通過php啟動生成的socket檔案進行通訊。因此tcp socket的方式可以將兩者分佈再不同的機器上，只要Nginx能夠連線到php伺服器的埠即可。後者的方式，是統一主機上進行通訊的方式，因此兩者只能再同一臺機器上面。
tcp socket和 unix socket兩者的優缺點
由於 Unix socket 不需要經過網路協定棧，不需要打包拆包、計算校驗和、維護序號和應答等，只是將應用層資料從一個程序拷貝到另一個程序。所以其效率比 tcp socket 的方式要高，可減少不必要的 tcp 開銷。不過，unix socket 高並行時不穩定，連線數爆發時，會產生大量的長時快取，在沒有面向連線協定的支撐下，巨量資料包可能會直接出錯不返回異常。而 tcp 這樣的面向連線的協定，可以更好的保證通訊的正確性和完整性。
如何選擇tcp socket與unix socket
1.由於tcp方式相對unix的方式，並行量更高，因此針對並行量高的專案，建議採用tcp方式，現在Nginx設定範例檔案預設的也是tcp方式。
2.使用unix方式，可以優化的點，就是將socket檔案放在/dev/shm目錄下面，至於為什麼放在這個目錄可以參考.https://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101818.htm。大致的意思，就是該目錄下面的檔案是不是儲存再硬碟中的，而是儲存再記憶體中的。至於硬碟讀取和記憶體讀取，誰快誰慢，肯定是記憶體最快了。
3.使用unix方式可以使用backlog，backlog的介紹，可以參考該文章。https://blog.csdn.net/raintungli/article/details/37913765。具體的設定可以參考下面。nginx 設定:
server {
listen 80 default backlog = 100;
}php-fpm 設定:
listen.backlog = 1000
設定範例
Nginx與PHP通訊的方式，取決於PHP啟動的方式，下面直接演示兩種方式的組態檔，後面記錄PHP啟動方式的設定 1.tcp socket
server {
listen 80;
server_name laravel_demo.com;
charset utf-8;
access_log logs/laravel_demo.com.access.log;
root /usr/local/var/www/laravel64_demo/public/;
index index.php index.html index.htm;
error_page 500 502 503 504 /50x.html;
location / {
if (!-e $request_filename) {
rewrite ^(.*)$ /index.php?s=$1 last;
break;
}
}
### 此處就是Nginx與tcp socket通訊設定，這裡部署的同一臺及其，因此IP就是127.0.0.1
location ~ \.php$ {
fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;
fastcgi_index index.php;
fastcgi_param SCRIPT_FILENAME $document_root$fastcgi_script_name;
include fastcgi_params;
}
}2.unix socket
server {
listen 80;
server_name laravel_demo.com;
charset utf-8;
access_log logs/laravel_demo.com.access.log;
root /usr/local/var/www/laravel64_demo/public/;
index index.php index.html index.htm;
error_page 500 502 503 504 /50x.html;
location / {
if (!-e $request_filename) {
rewrite ^(.*)$ /index.php?s=$1 last;
break;
}
}
### 此處就是Nginx與unix socket通訊設定,我的socket檔案在/usr/run/目錄下
location ~ \.php$ {
fasrcgi_pass /usr/tmp/php-fpm.sock;
fastcgi_index index.php;
fastcgi_param SCRIPT_FILENAME $document_root$fastcgi_script_name;
include fastcgi_params;
}
}上面演示了具體的設定範例，下面演示的是PHP啟動方式的設定，這裡需要和上面Nginx的設定一致，如果是tcp方式就採用tcp方式啟動，如果是unix方式採用socket檔案的方式啟動。
# tcp方式啟動 listen = 127.0.0.1:9000 # unix方式啟動 listen = /usr/tmp/php-fpm.sock;
採用上面的兩種方式中的任意一種，直接使用php-fpm方式啟動php即可。
1、tcp方式啟動的效果圖
2、unix方式啟動的效果圖
注意在演示的過程中遇到一個問題就是提示Nginx無法讀取php生成的unix socket檔案。這中情況是因為許可權組導致的。因此再php-fpm的設定組態檔中要設定許可權組，同時Nginx也需要設定許可權組，再很多的整合式開發環境中已經設定好了，因此可以減少此步驟。下面就是範例 Nginx組態檔：
#設定php-fpm的使用者以及所屬使用者組 user www www; worker_processes auto; error_log /home/wwwlogs/nginx_error.log crit; pid /usr/local/nginx/logs/nginx.pid; #Specifies the value for maximum file descriptors that can be opened by this process. worker_rlimit_nofile 51200;
php-fpm組態檔(我們平常可能更多的是設定php.ini的檔案，這裡需要區分兩者之間的區別，php.ini是針對php的組態檔，可以簡單的理解為php再編譯原始碼時會用到這裡的設定，而關於php這個應用程式執行的情況就會用到php-fpm的組態檔):
; 設定php-fpm的使用者以及所屬使用者組 user = www group = www ; The address on which to accept FastCGI requests. ; Valid syntaxes are: ; 'ip.add.re.ss:port' - to listen on a TCP socket to a specific IPv4 address on ; a specific port; ; '[ip:6:addr:ess]:port' - to listen on a TCP socket to a specific IPv6 address on ; a specific port; ; 'port' - to listen on a TCP socket to all addresses ; (IPv6 and IPv4-mapped) on a specific port; ; '/path/to/unix/socket' - to listen on a unix socket. ; Note: This value is mandatory. ;listen = 127.0.0.1:9000 listen = /usr/tmp/php-fpm.sock;
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