深入理解PHP内核：构建与解析

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"TIPI_2014-04-29_V0.8.3.pdf" 是一本关于深入理解PHP内核的书籍，旨在帮助读者了解PHP的内部工作机制。书中介绍了如何获取和编译PHP源代码，构建调试环境，并讲解了PHP源码的结构。此外，还讨论了在不同操作系统，如*nix和Windows下阅读源码的方法。书中提到了PHP的历史，包括其诞生、发展、应用和不同版本的变化，特别提到了PHP6的停止开发及其原由，如Unicode支持和向后不兼容性设计。在开始学习PHP内核之前，环境搭建是非常重要的一步。在*nix环境下，可以通过访问PHP官方网站下载源码，或使用Git从官方仓库克隆最新代码。书中的示例给出了使用Git从两个不同的地址获取源码的命令。获取源码后，可以通过编译过程建立调试环境，这通常包括配置、编译和安装步骤，以便在本地环境中运行和测试PHP。对于PHP源码的结构，书中可能涵盖了目录布局、主要组件的组织方式，以及如何定位和理解关键功能的实现。在阅读源码时，可能会遇到的一些常见语句和概念，如C、Java、Perl的语法混合，以及PHP特有的语法特性，如动态页面的执行效率和编译后的代码优化，都会被详细解析。此外，书中可能还会涉及PHP与HTML的集成，CGI和Perl的比较，以及PHP在Web开发中的作用。对于初学者，了解这些背景知识有助于更好地理解和应用PHP。通过学习这本书，读者可以期待提升对PHP内部工作原理的理解，从而更好地优化代码、解决性能问题，并进行更高级的定制化开发。

module_shutdown_func⽅法，即PHP_RSHUTDOWN_FUNCTION宏产⽣的那个函数。

在关闭所有的模块后，PHP继续销毁全局函数表，销毁全局类表、销售全局变量表等。通过zend_shutdown_extensions遍历

zend_extensions所有元素，调⽤每个扩展的shutdown函数。

多进程SAPI⽣命周期

通常PHP是编译为apache的⼀个模块来处理PHP请求。Apache⼀般会采⽤多进程模式， Apache启动后会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。如图2.2所示：

图2.2 多进程SAPI⽣命周期

多线程的SAPI⽣命周期

多线程模式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

图2.3 多线程SAPI⽣命周期

Zend引擎

Zend引擎是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，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)。

⽬前PHP的实现和Zend引擎之间的关系⾮常紧密，甚⾄有些过于紧密了，例如很多PHP扩展都是使⽤的Zend API，⽽Zend正是PHP语⾔

本身的实现，PHP只是使⽤Zend这个内核来构建PHP语⾔的，⽽PHP扩展⼤都使⽤Zend API，这就导致PHP的很多扩展和Zend引擎耦合在

⼀起了，在笔者编写这本书的时候PHP核⼼开发者就提出将这种耦合解开，

⽬前PHP的受欢迎程度是毋庸置疑的，但凡流⾏的语⾔通常都会出现这个语⾔的其他实现版本，这在Java社区⾥就⾮常明显，⽬前已经

有⾮常多基于JVM的语⾔了，例如IBM的Project Zero就实现了⼀个基于JVM的PHP实现， .NET也有类似的实现，通常他们这样做的原因⽆⾮

是因为：他们喜欢这个语⾔，但⼜不想放弃原有的平台，或者对现有的语⾔实现不满意，处于性能或者语⾔特性等（HipHop就是这样诞⽣

的）。

TIPI:深⼊理解PHP内核 TIPI_2014-04-29_V0.8.3

很多脚本语⾔中都会有语⾔扩展机制，PHP中的扩展通常是通过Pear库或者原⽣扩展，在Ruby中则这两者的界限不是很明显，他们甚⾄

会提供两套实现，⼀个主要⽤于在⽆法编译的环境下使⽤，⽽在合适的环境则使⽤C实现的原⽣扩展，这样在效率和可移植性上都可以保证。

⽬前这些为PHP编写的扩展通常都⽆法在其他的PHP实现中实现重⽤， HipHop的做法是对最为流⾏的扩展进⾏重写。如果PHP扩展能和

ZendAPI解耦，则在其他语⾔中重⽤这些扩展也将更加容易了。

参考⽂献

Extending and Embedding PHP

第⼆节 SAPI概述

前⼀⼩节介绍了PHP的⽣命周期，在其⽣命周期的各个阶段，⼀些与服务相关的操作都是通过SAPI接⼝实现。这些内置实现的物理位置

在PHP源码的SAPI⽬录。这个⽬录存放了PHP对各个服务器抽象层的代码，例如命令⾏程序的实现，Apache的mod_php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SAPI实现都是⼀个_sapi_module_struct结构体变量。

（SAPI接⼝）。在PHP的源码中，当需要调⽤服务器相关信息时，全部通过SAPI接⼝中对应⽅法调⽤实现，⽽这对应的⽅法在各个服务器抽

象层实现时都会有各⾃的实现。

由于很多操作的通⽤性，有很⼤⼀部分的接⼝⽅法使⽤的是默认⽅法。

如图2.4所示，为SAPI的简单示意图。

图2.4 SAPI的简单示意图

以cgi模式和apache2服务器为例，它们的启动⽅法如下：

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

这⾥的cgi_sapi_module是sapi_module_struct结构体的静态变量。它的startup⽅法指向php_cgi_startup函数指针。在这个结构体中除了

startup函数指针，还有许多其它⽅法或字段。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 */

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/* send headers handler */

int (*send_headers)(sapi_headers_struct *sapi_headers TSRMLS_DC);

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 */

/* register server variables */

void (*register_server_variables)(zval *track_vars_array TSRMLS_DC);

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

...

};

其中⼀些函数指针的说明如下：

startup 当SAPI初始化时，⾸先会调⽤该函数。如果服务器处理多个请求时，该函数只会调⽤⼀次。⽐如Apache的SAPI，它是以

mod_php5的Apache模块的形式加载到Apache中的，在这个SAPI中，startup函数只在⽗进程中创建⼀次，在其fork的⼦进程中不会调

⽤。

activate 此函数会在每个请求开始时调⽤，它会再次初始化每个请求前的数据结构。

deactivate 此函数会在每个请求结束时调⽤，它⽤来确保所有的数据都，以及释放在activate中初始化的数据结构。

shutdown 关闭函数，它⽤来释放所有的SAPI的数据结构、内存等。

ub_write 不缓存的写操作(unbuffered write)，它是⽤来将PHP的数据输出给客户端，如在CLI模式下，其最终是调⽤fwrite实现向标准输

出输出内容；在Apache模块中，它最终是调⽤Apache提供的⽅法rwrite。

sapi_error 报告错误⽤，⼤多数的SAPI都是使⽤的PHP的默认实现php_error。

flush 刷新输出，在CLI模式下通过使⽤C语⾔的库函数fflush实现，在php_mode5模式下，使⽤Apache的提供的函数函数rflush实现。

read_cookie 在SAPI激活时，程序会调⽤此函数，并且将此函数获取的值赋值给SG(request_info).cookie_data。在CLI模式下，此函数

会返回NULL。

read_post 此函数和read_cookie⼀样也是在SAPI激活时调⽤，它与请求的⽅法相关，当请求的⽅法是POST时，程序会操作$_POST、

$HTTP_RAW_POST_DATA等变量。

send_header 发送头部信息，此⽅法⼀般的SAPI都会定制，其所不同的是，有些的会调服务器⾃带的（如Apache），有些的需要你⾃

⼰实现（如 FastCGI）。

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 */

...

}

在PHP的源码中实现了很多的实现，⽐如IIS的实现以及⼀些⾮主流的Web服务器实现，其⽂件结构如图2.5所示：

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图2.5 SAPI⽂件结构图

⽬前PHP内置的很多SAPI实现都已不再维护或者变的有些⾮主流了，PHP社区⽬前正在考虑将⼀些SAPI移出代码库。社区

对很多功能的考虑是除⾮真的⾮常必要，或者某些功能已近⾮常通⽤了，否则就在PECL库中，例如⾮常流⾏的APC缓存扩展将

进⼊核⼼代码库中。

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。

这样的结构在PHP的源码中有多处使⽤，⽐如在PHP扩展开发中，每个扩展都需要定义⼀个zend_module_entry结构体。这个结构体的

作⽤与sapi_module_struct结构体类似，都是⼀个类似模板⽅法模式的应⽤。在PHP的⽣命周期中如果需要调⽤某个扩展，其调⽤的⽅法都是

zend_module_entry结构体中指定的⽅法，如在上⼀⼩节中提到的在执⾏各个扩展的请求初始化时，都是统⼀调⽤request_startup_func⽅

法，⽽在每个扩展的定义时，都通过宏PHP_RINIT指定request_startup_func对应的函数。以VLD扩展为例：其请求初始化为

PHP_RINIT(vld),与之对应在扩展中需要有这个函数的实现：

PHP_RINIT_FUNCTION(vld) {

}

所以，我们在写扩展时也需要实现扩展的这些接⼝，同样，当实现各服务器接⼝时也需要实现其对应的SAPI。

Apache模块

Apache是Apache软件基⾦会的⼀个开放源代码的Web服务器，可以在⼤多数电脑操作系统中运⾏，由于其跨平台和安全性被⼴泛使⽤，

是最流⾏的Web服务器端软件之⼀。 Apache⽀持许多特性，⼤部分通过模块扩展实现。常⻅的模块包括mod_auth（权限验证）、

mod_ssl（SSL和TLS⽀持） mod_rewrite（URL重写）等。⼀些通⽤的语⾔也⽀持以Apache模块的⽅式与Apache集成。如

Perl，Python，Tcl，和PHP等。

当PHP需要在Apache服务器下运⾏时，⼀般来说，它可以mod_php5模块的形式集成，此时mod_php5模块的作⽤是接收Apache传递过

来的PHP⽂件请求，并处理这些请求，然后将处理后的结果返回给Apache。如果我们在Apache启动前在其配置⽂件中配置好了PHP模块

（mod_php5）， PHP模块通过注册apache2的ap_hook_post_config挂钩，在Apache启动的时候启动此模块以接受PHP⽂件的请求。

除了这种启动时的加载⽅式，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。

Apache是如何加载模块的呢？我们以前⾯提到的mod_php5模块为例。⾸先我们需要在Apache的配置⽂件httpd.conf中添加⼀⾏：

LoadModule php5_module modules/mod_php5.so

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这⾥我们使⽤了LoadModule命令，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。

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。Apache的每⼀个模块都是以module结构体

的形式存在， 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。这也就决定了我们的⽂件名和模块名是相同的。通过之前指令中指定的路径找到相关的动态链接库⽂件

后，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module结构体中的magic字段实现

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。）

Apache加载的是PHP模块，那么这个模块是如何实现的呢到我们以Apache2的mod_php5模块为例进⾏说明。

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, \

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