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TIPI020201-PHP以模块方式注册到Apache

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为了让Apache支持php,我们通常的做法是编译一个apche的php模块, 在配置中配置让mod_php来处理php文件的请求. php模块通过注册apache2的ap_hook_post_config挂钩, 在apache启动的时候启动php模块以接受php的请求.

下面介绍apache模块加载的基本知识以及PHP对于apache的实现

Apache模块加载机制简介

Apache的模块可以在运行的时候动态装载，这意味着对服务器可以进行功能扩展而不需要重新对源代码进行编译，甚至根本不需要停止服务器。 我们所需要做的仅仅是给服务器发送信号HUP或者AP_SIG_GRACEFUL通知服务器重新载入模块。 但是在动态加载之前，我们需要将模块编译成为动态链接库。此时的动态加载就是加载动态链接库。
Apache中对动态链接库的处理是通过模块mod_so来完成的，因此mod_so模块不能被动态加载， 它只能被静态编译进Apache的核心。这意味着它是随着Apache一起启动的。
比如我们要加载PHP模块，那么首先我们需要在httpd.conf文件中添加一行：

LoadModule php5_module modules/mod_php5.so

该命令的第一个参数是模块的名称，名称可以在模块实现的源码中找到。第二个选项是该模块所处的路径。 如果需要在服务器运行时加载模块，可以通过发送信号HUP或者AP_SIG_GRACEFUL给服务器，一旦接受到该信号，Apache将重新装载模块，而不需要重新启动服务器。

下面我们以PHP模块的加载为例，分析Apache的模块加载过程。在配置文件中添加了所上所示的指令后，Apache在加载模块时会根据模块名查找模块并加载， 对于每一个模块，Apache必须保证其文件名是以“mod_”开始的，如php的mod_php5.c。如果命名格式不对，Apache将认为此模块不合法。 module结构的name属性在最后是通过宏STANDARD20_MODULE_STUFF以__FILE__体现。 关于这点可以在后面介绍mod_php5模块时有看到。 通过之前指令中指定的路径找到相关的动态链接库文件，Apache通过内部的函数获取动态链接库中的内容，并将模块的内容加载到内存中的指定变量中。
在真正激活模块之前，Apache会检查所加载的模块是否为真正的Apache模块，这个检测是通过检查magic字段进行的。而magic字段是通过宏STANDARD20_MODULE_STUFF体现，在这个宏中magic的值为MODULE_MAGIC_COOKIE，MODULE_MAGIC_COOKIE定义如下：

#define MODULE_MAGIC_COOKIE 0x41503232UL /* "AP22" */

最后Apache会调用相关函数(ap_add_loaded_module)将模块激活，此处的激活就是将模块放入相应的链表中(ap_top_modules链表：ap_top_modules链表用来保存Apache中所有的被激活的模块，包括默认的激活模块和激活的第三方模块。）

Apache2的mod_php5模块说明

Apache2的mod_php5模块包括sapi/apache2handler和sapi/apache2filter两个目录 在apache2_handle/mod_php5.c文件中，模块定义的相关代码如下：

AP_MODULE_DECLARE_DATA module php5_module = {
    STANDARD20_MODULE_STUFF,
        /* 宏，包括版本，小版本，模块索引，模块名，下一个模块指针等信息，其中模块名以__FILE__体现 */
    create_php_config,      /* create per-directory config structure */
    merge_php_config,       /* merge per-directory config structures */
    NULL,                   /* create per-server config structure */
    NULL,                   /* merge per-server config structures */
    php_dir_cmds,           /* 模块定义的所有的指令 */
    php_ap2_register_hook
        /* 注册钩子，此函数通过ap_hoo_开头的函数在一次请求处理过程中对于指定的步骤注册钩子 */
};

它所对应的是apache的module结构，module的结构定义如下：

typedef struct module_struct module;
struct module_struct {
    int version;
    int minor_version;
    int module_index;
    const char *name;
    void *dynamic_load_handle;
    struct module_struct *next;
    unsigned long magic;
    void (*rewrite_args) (process_rec *process);
    void *(*create_dir_config) (apr_pool_t *p, char *dir);
    void *(*merge_dir_config) (apr_pool_t *p, void *base_conf, void *new_conf);
    void *(*create_server_config) (apr_pool_t *p, server_rec *s);
    void *(*merge_server_config) (apr_pool_t *p, void *base_conf, void *new_conf);
    const command_rec *cmds;
    void (*register_hooks) (apr_pool_t *p);
}

上面的模块结构与我们在mod_php5.c中所看到的结构有一点不同，这是由于STANDARD20_MODULE_STUFF的原因，这个宏它包含了前面8个字段的定义。 STANDARD20_MODULE_STUFF宏的定义如下：

/** Use this in all standard modules */
#define STANDARD20_MODULE_STUFF MODULE_MAGIC_NUMBER_MAJOR, \
                MODULE_MAGIC_NUMBER_MINOR, \
                -1, \
                __FILE__, \
                NULL, \
                NULL, \
                MODULE_MAGIC_COOKIE, \
                                NULL      /* rewrite args spot */

php_dir_cmds所定义的内容如下：

const command_rec php_dir_cmds[] =
{
    AP_INIT_TAKE2("php_value", php_apache_value_handler, NULL, OR_OPTIONS, "PHP Value Modifier"),
    AP_INIT_TAKE2("php_flag", php_apache_flag_handler, NULL, OR_OPTIONS, "PHP Flag Modifier"),
    AP_INIT_TAKE2("php_admin_value", php_apache_admin_value_handler, NULL, ACCESS_CONF|RSRC_CONF, "PHP Value Modifier (Admin)"),
    AP_INIT_TAKE2("php_admin_flag", php_apache_admin_flag_handler, NULL, ACCESS_CONF|RSRC_CONF, "PHP Flag Modifier (Admin)"),
    AP_INIT_TAKE1("PHPINIDir", php_apache_phpini_set, NULL, RSRC_CONF, "Directory containing the php.ini file"),
    {NULL}
};

以上为php模块定义的指令表。它实际上是一个command_rec结构的数组。 当Apache遇到指令的时候将逐一遍历各个模块中的指令表，查找是否有哪个模块能够处理该指令， 如果找到，则调用相应的处理函数，如果所有指令表中的模块都不能处理该指令，那么将报错。 如上可见，php模块仅提供php_value等5个指令。

php_ap2_register_hook函数的定义如下：

void php_ap2_register_hook(apr_pool_t *p)
{
    ap_hook_pre_config(php_pre_config, NULL, NULL, APR_HOOK_MIDDLE);
    ap_hook_post_config(php_apache_server_startup, NULL, NULL, APR_HOOK_MIDDLE);
    ap_hook_handler(php_handler, NULL, NULL, APR_HOOK_MIDDLE);
    ap_hook_child_init(php_apache_child_init, NULL, NULL, APR_HOOK_MIDDLE);
}

以上代码声明了pre_config,post_config,handler和child_init 4个挂钩以及对应的处理函数。 其中pre_config,post_config,child_init是启动挂钩，它们在服务器启动时调用。 handler挂钩是请求挂钩，它在服务器处理请求时调用。其中在post_config挂钩中启动php。 它通过php_apache_server_startup函数实现。php_apache_server_startup函数通过调用sapi_startup启动sapi, 并通过调用php_apache2_startup来注册sapi module struct（此结构在本节开头中有说明）, 最后调用php_module_startup来初始化PHP, 其中又会初始化ZEND引擎,以及填充zend_module_struct中 的treat_data成员(通过php_startup_sapi_content_types)等。

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。同时也可以分为11个小的阶段，依次为： Post-Read-Request，URI Translation，Header Parsing，Access Control，Authentication，Authorization，MIME Type Checking，FixUp，Response，Logging，CleanUp

Apache Hook机制

Apache 的Hook机制是指：Apache 允许模块(包括内部模块和外部模块，例如mod_php5.so,mod_perl.so等)将自定义的函数注入到请求处理循环中。换句话说，模块可以在 Apache的任何一个处理阶段中挂接(Hook)上自己的处理函数，从而参与Apache的请求处理过程。 mod_php5.so/ php5apache2.dll就是将所包含的自定义函数，通过Hook机制注入到Apache中，在Apache处理流程的各个阶段负责处理php请求。 关于Hook机制在Windows系统开发也经常遇到，在Windows开发既有系统级的钩子，又有应用级的钩子。

以上介绍了apache的加载机制，hook机制，apache的运行过程以及php5模块的相关知识，下面简单的说明在查看源码中的一些常用对象。

Apache常用对象

在说到Apache的常用对象时，我们不得不先说下httpd.h文件。httpd.h文件包含了Apache的所有模块都需要的核心API。 它定义了许多系统常量。但是更重要的是它包含了下面一些对象的定义。

request_rec对象
当一个客户端请求到达Apache时，就会创建一个request_rec对象，当Apache处理完一个请求后，与这个请求对应的request_rec对象也会随之被释放。 request_rec对象包括与一个HTTP请求相关的所有数据，并且还包含一些Apache自己要用到的状态和客户端的内部字段。

server_rec对象
server_rec定义了一个逻辑上的WEB服务器。如果有定义虚拟主机，每一个虚拟主机拥有自己的server_rec对象。 server_rec对象在Apache启动时创建，当整个httpd关闭时才会被释放。 它包括服务器名称，连接信息，日志信息，针对服务器的配置，事务处理相关信息等 server_rec对象是继request_rec对象之后第二重要的对象。

conn_rec对象
conn_rec对象是TCP连接在Apache的内部体现。 它在客户端连接到服务器时创建，在连接断开时释放。

参考资料

《The Apache Modules Book–Application Development with Apache》

作者：TIPI团队

TIPI020200-SAPI概述

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前一小节介绍了PHP的生命周期, 所有的请求都是通过SAPI接口实现的. 在源码的SAPI目录存放了PHP对各种服务器抽象层的代码，例如命令行程序的实现, mod_php的apache模块实现以及fastcgi的实现等等.

在各个服务器抽象层之间遵守着相同的约定，这里我们称之为SAPI接口。每个服务器都需要实现各自己的_sapi_module_struct结构中的各个方法。 然后在这个接口层之下，关于PHP的公共部分，全部通过这个结构体的相关方法调用实现。 如cgi模式和apache2服务器中的启动方法：

cgi_sapi_module.startup(&cgi_sapi_module)   //  cgi模式 cgi/cgi_main.c文件

apache2_sapi_module.startup(&apache2_sapi_module);  //  apache2服务器  apache2handler/sapi_apache2.c文件

除了startup方法，sapi_module_struct结构还有许多其它方法。其部分定义如下：

struct _sapi_module_struct {
    char *name;         //  名字（标识用）
    char *pretty_name;  //  更好理解的名字（自己翻译的）

    int (*startup)(struct _sapi_module_struct *sapi_module);    //  启动函数
    int (*shutdown)(struct _sapi_module_struct *sapi_module);   //  关闭方法

    int (*activate)(TSRMLS_D);  // 激活
    int (*deactivate)(TSRMLS_D);    //  停用

    int (*ub_write)(const char *str, unsigned int str_length TSRMLS_DC);    //  不缓存的写操作(unbuffered write)
    void (*flush)(void *server_context);    //  flush
    struct stat *(*get_stat)(TSRMLS_D);     //  get uid
    char *(*getenv)(char *name, size_t name_len TSRMLS_DC); //  getenv

    void (*sapi_error)(int type, const char *error_msg, ...);   /* error handler */

    int (*header_handler)(sapi_header_struct *sapi_header, 
        sapi_header_op_enum op, sapi_headers_struct *sapi_headers TSRMLS_DC);   /* header handler */
    int (*send_headers)(sapi_headers_struct *sapi_headers TSRMLS_DC);   /* send headers handler */
    void (*send_header)(sapi_header_struct *sapi_header, void *server_context TSRMLS_DC);   /* send header handler */

    int (*read_post)(char *buffer, uint count_bytes TSRMLS_DC); /* read POST data */
    char *(*read_cookies)(TSRMLS_D);    /* read Cookies */

    void (*register_server_variables)(zval *track_vars_array TSRMLS_DC);    /* register server variables */
    void (*log_message)(char *message);     /* Log message */
    time_t (*get_request_time)(TSRMLS_D);   /* Request Time */
    void (*terminate_process)(TSRMLS_D);    /* Child Terminate */

    char *php_ini_path_override;    //  覆盖的ini路径

    ...
    ...
};

以上的这些结构在各服务器的接口实现中都有定义。如apache2的定义：

static sapi_module_struct apache2_sapi_module = {
    "apache2handler",
    "Apache 2.0 Handler",

    php_apache2_startup,                /* startup */
    php_module_shutdown_wrapper,            /* shutdown */

    ...
}

整个SAPI类似于一个面向对象中的模板方法模式的应用。SAPI.c和SAPI.h文件所包含的一些函数就是模板方法模式中的抽象模板，各个服务器对于sapi_module的定义及相关实现则是一个个具体的模板。只是这里没有继承。

作者：TIPI团队

TIPI0201–PHP生命周期和Zend引擎

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一切的开始: SAPI接口

通常我们编写PHP Web程序都是通过Apache或者Nginx这类Web服务器来测试脚本. 或者在命令行下通过php程序来执行PHP脚本. 执行完成脚本后，服务器应答，浏览器显示应答信息,或者在命令结束后在标准输出显示内容. 我们很少关心PHP解释器在哪里. 虽然通过Web服务器和命令行程序执行 脚本看起来很不一样. 实际上她们的工作是一样的. 命令行程序和Web程序类似, 命令行参数传递给要执行的脚本,相当于通过url 请求一个php页面. 脚本戳里完成后返回响应结果,只不过命令行响应的结果是显示在终端上. 脚本执行的开始都是通过SAPI接口 进行的. 下一节将对SAPI进行更为深入的介绍.

开始和结束

PHP通过SAPI开始以后会经过两个主要的阶段. 处理请求之前的开始阶段和请求之后的结束阶段. 开始阶段有两个过程, 第一个是在 整个SAPI生命周期内(例如Apache启动以后的整个生命周期内或者命令行程序整个执行过程中)的开始阶段(MINIT),该阶段只进行一次. 第二个过程 发生在请求阶段,例如通过url请求某个页面.则在每次请求之前都会进行初始化过程(RINIT请求开始). 例如PHP注册了一些PHP模块,则在MINIT阶段会回调所有模块的MINIT函数. 模块在这个阶段可以进行一些初始化工作,例如注册常量, 定义 模块使用的类等等. 一般的模块回调函数

PHP_MINIT_FUNCTION(myphpextension)
{
    // 注册常量或者类等初始化操作
    return SUCCESS; 
}

请求到达之后PHP初始化执行脚本的基本环境,例如创建一个执行环境,包括保存php运行过程中变量名称和变量值内容的符号表. 以及当前所有 的函数以及类等信息的符号表. 然后PHP会调用所有模块RINIT函数, 在这个阶段各个模块也可以执行一些相关的操作, 模块的RINIT函数和MINIT函数类似

PHP_RINIT_FUNCTION(myphpextension)
{
    // 例如记录请求开始时间
    // 随后在请求结束的时候记录结束时间.这样我们就能够记录下处理请求所花费的时间了
    return SUCCESS; 
}

请求处理完后就进入了结束阶段, 一般脚本执行到末尾或者通过调用exit()或者die()函数,php都将进入结束阶段. 和开始阶段对应,结束阶段也分为 两个环节,一个在请求结束后(RSHUWDOWN),一个在SAPI生命周期结束时(MSHUTDOWN).

PHP_RSHUTDOWN_FUNCTION(myphpextension)
{
    // 例如记录请求结束时间, 并把相应的信息写入到日至文件中.
    return SUCCESS; 
}

想要了解扩展开发的相关内容,请参考第十三章 扩展开发

单进程SAPI生命周期

CLI/CGI模式的PHP属于单进程的SAPI模式. 这类的请求只处理一次请求就关闭. 也就是只会经过如下几个环节 开始 – 请求开始 – 请求关闭 – 结束 SAPI 接口就完成了其生命周期

多进程SAPI生命周期

通常PHP是编译为一个apache的模块来处理PHP请求的. 通常Apache会采用多进程模式, apache启动后fork出多个子进程, 每个进程的内存空间独立, 每个子进程都会经过开始和结束环节,不过每个进程的开始阶段只在进程fork出来以来后进行, 在整个进程的生命周期内可能会处理多个请求. 只有 在Apache关闭或者进程被结束之后才会进行关闭阶段,在这两个阶段之间会随着每个请求重复请求开始-请求关闭的环节.

多线程的SAPI生命周期

而在多线程模式下和多进程中的某个进程类似,不同的是在整个进程的生命周期内会并行的重复着 请求开始-请求关闭的环节

Zend引擎

Zend引擎作为PHP实现的核心,提供了语言实现上的基础设施.例如: PHP的语法实现, 脚本的编译运行环境, 扩展机制以及内存管理等, 可以说Zend引擎是PHP的核心, 当然这里的PHP指的是官方的PHP实现(除了官方的实现,目前比较知名的有facebook的hiphop实现,不过到目前为止,PHP还没有一个标准的语言规范), 而PHP则提供了请求处理和其他Web服务器的接口(SAPI).

参考文献

Extending and Embedding PHP

作者：TIPI团队