SAPI,CGI,CLI,FastCGI,PHP-FPM的区别

什么是SAPI

SAPI: Server Application Programming Interface 服务端应用编程接口

PHP的SAPI就是应用层（apache、nginx、cli）和PHP进行数据交互的接口，常见的有Apache的mod_php5、CGI，IIS的ISAPI，还有Shell的CLI以及nginx的fastcgi，PHP_SAPI常量保存着当前使用的是何种SAPI

C:\Users\think>php -r "echo PHP_SAPI;"
cli

<?php
echo PHP_SAPI; // 输出apache2handler

mod_php5

上面代码中apache2handler就是属于Apache的mod_php5模块的一部分，意味着PHP是作为Apache的子模块

就像我们经常用到的虚拟主机配置，它是作为Apache的一个子模块，当我们修改了vhost配置，只需要重启Apache，就可以读取到最新的配置。那么Apache是如何加载这些模块使之生效的呢？别急，先看看Apache的运行过程

Apache的运行过程

Apache的运行分为启动阶段和运行阶段。 在启动阶段，Apache为了获得系统资源最大的使用权限，将以特权用户root（*nix系统）或超级管理员Administrator(Windows系统)完成启动， 并且整个过程处于一个单进程单线程的环境中。 这个阶段包括配置文件解析(如http.conf文件)、模块加载(如mod_php，mod_perl)和系统资源初始化（例如日志文件、共享内存段、数据库连接等）等工作。

Apache的启动阶段执行了大量的初始化操作，并且将许多比较慢或者花费比较高的操作都集中在这个阶段完成，以减少了后面处理请求服务的压力。

在运行阶段，Apache主要工作是处理用户的服务请求。 在这个阶段，Apache放弃特权用户级别，使用普通权限，这主要是基于安全性的考虑，防止由于代码的缺陷引起的安全漏洞。 Apache对HTTP的请求可以分为连接、处理和断开连接三个大的阶段。

Apache的模块加载

Apache模块加载分为静态和动态

• 静态模块

  模块编译到httpd二进制文件中，Apache启动时加载，调用模块时直接运行

  优点：执行速度快

  缺点：修改模块需要重新编译Apache

• 动态模块

  模块编译成动态链接库，Apache运行时加载

  优点：修改模块不用重新编译Apache，只需要发送HUP信号重启Apache即可

  缺点：启动和执行速度有所降低

PHP作为Apache动态模块的安装过程

详细内容可参考PHP官方文档

1.  gunzip apache_xxx.tar.gz
2.  tar -xvf apache_xxx.tar
3.  gunzip php-xxx.tar.gz
4.  tar -xvf php-xxx.tar
5.  cd apache_xxx
6.  ./configure --prefix=/www --enable-module=so
7.  make
8.  make install
9.  cd ../php-xxx
10. ./configure --with-mysql --with-apxs=/www/bin/apxs
11. make
12. make install

    如果在安装之后决定修改配置选项，那么只需重复以上最后三步。只须重新启动
    Apache 就可以使新模块生效。不需要重新编译 Apache。

13. cp php.ini-dist /usr/local/lib/php.ini


14. 编辑 httpd.conf 来加载 PHP 模块。在 LoadModule 语句右边的路径必须指向系统中
    PHP 模块所在的路径。上面的 make install 步骤可能已经添加了，但还是检查确认一下。

      LoadModule php5_module        libexec/libphp5.so

15. 在 httpd.conf 中加入 AddModule 部分，在 ClearModuleList 下面的某处，加上这一句：

      AddModule mod_php5.c

16. 告诉 Apache 将哪些后缀作为 PHP 解析。例如，让 Apache 把 .php 后缀的文件解析为
    PHP。可以将任何后缀的文件解析为 PHP，只要在以下语句中加入并用空格分开。这里以
    添加一个 .phtml 来示例。

      AddType application/x-httpd-php .php .phtml

    为了将 .phps 作为 PHP 的源文件进行语法高亮显示，还可以加上：

      AddType application/x-httpd-php-source .phps

17. 用通常的过程启动 Apache（必须完全停止 Apache 再重新启动，而不是用 HUP 或者
    USR1 信号使 Apache 重新加载）。

第10行的with-apxs是什么意思呢？

apxs

apxs: Apache Extension Tool（注意不是asp.net文件的后缀）

apxs是一个为Apache HTTP服务器编译和安装扩展模块的工具，用于编译一个或多个源程序或目标代码文件为动态共享对象，使之可以用由mod_so提供的LoadModule指令在运行时加载到Apache服务器中。

Apache动态编译依赖于mod_so模块，它是静态编译到httpd二进制文件里的，随着Apache一起启动

也就是说apxs是Apache用来安装动态模块的工具，在编译PHP的时候，加上–with-apxs就是把PHP作为Apache的动态模块

mod_php5是如何让Apache和PHP协同工作的？

1. 启动Apache，解析配置文件，加载模块，mod_php5.so被加载到内存中，启动多个httpd进程监听客户端请求
2. 启动完成，等待客户端请求
3. 客户端请求index.php
4. 其中一个httpd进程调用mod_php5模块
5. mod_php5模块调用PHP解析器、引擎，解析和执行PHP代码
6. mod_php5给httpd返回执行结果
7. httpd给客户端返回响应结果

mod_php5的优缺点

• 优点：每个Apache进程启动的时候，PHP的环境已经初始化好，请求来的时候，直接就可以解释执行目标PHP文件。

• 缺点：与Apache耦合度比较深，如果使用了opcode缓存的话，PHP代码更改了，要重启Apache

CGI

CGI: Common Gateway Interface 通用网关接口

Web Server每收到一个请求，就会fork一个CGI进程来处理，CGI处理返回结果，然后结束进程 和mod_php5模块方式相比好处是减少了Web Server和PHP的耦合，但是每次请求都会重新加载php配置和执行一些初始化工作，进程不停地启动和结束会造成很大开销

FastCGI

FastCGI是Web服务器和处理程序之间通信的一种协议， 是CGI的一种改进方案，FastCGI像是一个常驻(long-lived)型的CGI， 它可以一直执行，在请求到达时不会花费时间去fork一个进程来处理(这是CGI最为人诟病的fork-and-execute模式)。 正是因为他只是一个通信协议，它还支持分布式的运算，所以 FastCGI 程序可以在网站服务器以外的主机上执行，并且可以接受来自其它网站服务器的请求。

FastCGI 是与语言无关的、可伸缩架构的 CGI 开放扩展，将 CGI 解释器进程保持在内存中，以此获得较高的性能。 CGI 程序反复加载是 CGI 性能低下的主要原因，如果 CGI 程序保持在内存中并接受 FastCGI 进程管理器调度， 则可以提供良好的性能、伸缩性、Fail-Over 特性等。

FastCGI 工作流程

FastCGI 进程管理器自身初始化，启动多个 CGI 解释器进程，并等待来自 Web Server 的连接。 Web 服务器与 FastCGI 进程管理器进行 Socket 通信，通过 FastCGI 协议发送 CGI 环境变量和标准输入数据给 CGI 解释器进程。 CGI 解释器进程完成处理后将标准输出和错误信息从同一连接返回 Web Server。 CGI 解释器进程接着等待并处理来自 Web Server 的下一个连接。

PHP-FPM

PHP-FPM 是对于 FastCGI 协议的具体实现，他负责管理一个进程池，来处理来自Web服务器的请求。

FPM的实现就是创建一个Master进程，在Master进程中创建并监听socket，然后fork出多个Worker进程。这些子进程各自accept请求，各个Worker进程阻塞在accept方法处，有请求到达时开始读取请求数据，然后开始处理请求并返回。

注意worker进程的工作方式是抢占/竞争的方式，当一个accept请求过来的时候，谁先拿到算谁的。

Worker进程处理当前请求时不会再接收其他请求，也就是说FPM的Worker进程同时只能响应一个请求，处理完当前请求后才开始accept下一个请求，跟Nginx的epoll异步非阻塞是有区别的。

fpm的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，比如worker进程当前状态、已处理请求数等，当master进程要杀掉一个worker进程时则通过发送信号的方式通知worker进程。

php-fpm在高并发场景下的瓶颈

PHP-FPM 是一个多进程的 FastCGI 管理程序，是绝大多数 PHP 应用所使用的运行模式。假设我们使用 Nginx 提供 HTTP 服务（Apache 同理），所有客户端发起的请求最先抵达的都是 Nginx，然后 Nginx 通过 FastCGI 协议将请求转发给 PHP-FPM 处理，PHP-FPM 的 Worker 进程 会抢占式的获得 CGI 请求进行处理，这个处理指的就是，等待 PHP 脚本的解析，等待业务处理的结果返回，完成后回收子进程，这整个的过程是阻塞等待的，也就意味着 PHP-FPM 的进程数有多少能处理的请求也就是多少，假设 PHP-FPM 有 200 个 Worker 进程，一个请求将耗费 1 秒的时间，那么简单的来说整个服务器理论上最多可以处理的请求也就是 200 个，QPS 即为 200/s，在高并发的场景下，这样的性能往往是不够的，尽管可以利用 Nginx 作为负载均衡配合多台 PHP-FPM 服务器来提供服务，但由于 PHP-FPM 的阻塞等待的工作模型，一个请求会占用至少一个 MySQL 连接，多节点高并发下会产生大量的 MySQL 连接，而 MySQL 的最大连接数默认值为 100，尽管可以修改，但显而易见该模式没法很好的应对高并发的场景。

php + apache 和 php + nginx 的区别

apache 是同步多进程模型，一个连接对应一个进程，而 nginx 是异步非阻塞的，多个连接（万级别）可以对应一个进程。

mod_php 通过嵌入 PHP 解释器到 Apache 进程中，只能与 Apache 在单机下配合使用，而nginx可以通过实现了fastcgi协议的php-fpm将请求转发来处理请求，也就是说php和nginx可以放在不同的服务器上，他们之间通过socket通信。

php cgi和 php-fpm 的生命周期

php cgi/cli模式的生命周期：

php-fpm的生命周期：

1. 模块初始化（MINIT）：php加载每个扩展的代码并调用其模块初始化方法，在这个阶段 PHP 首先检查 php.ini 文件中定义的扩展模块并对其进行初始化和加载工作，mysql、mbstring、json等等我们需要的功能扩展模块都会在这个阶段完成；
2. 请求初始化（RINIT）：当一个页面请求发生时，在请求处理前都会经历的一个阶段。对于fpm而言，是在worker进程accept一个请求并读取、解析完请求数据后的一个阶段。在这个阶段内，SAPI层将控制权交给PHP层，PHP初始化本次脚本请求所需要的变量以及变量值内容符号表，我们熟知的 $_SESSION,$_COOKIE,$GLOBAL,$_GET,$_POST 等等超全局变量都会在这个阶段完成初始化的工作；
3. php脚本执行：php代码解析执行的过程。Zend引擎接管控制权，将php脚本代码编译成opcodes并执行；
4. 请求关闭（RSHUTDOWN）：请求处理完后就进入了结束阶段，PHP就会启动清理程序。这个阶段，将flush输出内容、发送http响应内容等，然后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。
5. 模块关闭（MSHUTDOWN）：该阶段在SAPI关闭时执行，与模块初始化阶段对应，这个阶段主要是进行资源的清理、php各模块的关闭操作，同时，将回调各扩展的module shutdown钩子函数。这是发生在所有请求都已经结束之后，例如关闭fpm的操作。（这个是对于CGI和CLI等SAPI，没有“下一个请求”，所以SAPI立刻开始关闭。）

fpm对每个请求的处理都是一直在重复执行 2~4步，在第3步中，php的脚本是动态执行的，由于每次都要把php代码翻译成opcode（zend引擎的操作码）比较耗时, 可以通过opcache来提高代码执行效率。

php cli/cgi模式下，每次都会执行MINIT进行模块初始化，而php-fpm只会在启动的时候执行一次MINIT，在关闭的时候执行MSHUTDOWN。

参考文档

• php手册-安装-Unix 系统下的 Apache 1.3.x
• Apache DSO
• 深入理解Zend SAPIs
• 深入理解PHP内核
• PHP7 内核剖析
• PHP架构与生命周期
• C++静态库与动态库
• CGI、FastCGI和PHP-FPM关系图解
• PHP内核分析-FPM进程管理 贝壳产品技术