理解 Nginx 与 PHP-FPM 通信的工作机制

NateHuang

发布于 2019-05-17 12:18:12

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发布于 2019-05-17 12:18:12

文章被收录于专栏：开发经验记录

了解基本原理

浏览器访问网页的过程

请求静态页面

Browser请求http://xxx.com/aa.html -> Web Server（Nginx/Apache）分发 -> 找到aa.html文件返回给Browser。

请求动态脚本

Browser请求http://xxx.com/bb.php -> Web Server（Nginx/Apache）分发 -> PHP解析器（PHP-CGI程序）-> 返回处理结果给Web Server -> 返回数据给Browser。

原理：服务器根据配置文件，知道这是一个PHP脚本文件，需要去找PHP解析器来处理。 PHP解析器会解析php.ini文件初始化执行环境，然后处理请求，再以标准的数据格式返回处理结果，最后退出进程。

CGI 程序到 FPM 进化史

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CGI（Common Gateway Interface）

CGI是服务器与后台语言交互的协议，有了这个协议，开发者可以使用任何语言处理服务器转发过来的请求，动态地生成内容，保证了传递过来的数据是标准格式的（规定了以什么样的格式传哪些数据（URL、查询字符串、POST数据、HTTP header等等）），方便了开发者。

PHP-CGI（PHP CGI）

PHP语言对应与服务器交互的CGI程序就是PHP-CGI。

CGI程序本身只能解析请求、返回结果，不会进程管理，所以有一个致命的缺点，那就是每处理一个请求都需要fork一个全新的进程，随着Web的兴起，高并发越来越成为常态，这样低效的方式明显不能满足需求（每一次web请求都会有启动和退出进程，也就是最为人诟病的fork-and-execute模式，这样一在大规模并发下，就死翘翘了）。就这样，FastCGI诞生了，CGI程序很快就退出了历史的舞台。

FastCGI（Fast CGI）

FastCGI，顾名思义就是更快的CGI程序，用来提高CGI程序性能，它允许在一个进程内处理多个请求，而不是一个请求处理完毕就直接结束进程，性能上有了很大的提高。

提高性能？那么CGI程序的性能问题在哪呢？

PHP解析器会解析php.ini文件，初始化执行环境，就是这里了。标准的CGI程序对每个请求都会执行这些步骤（不闲累啊！启动进程很累的说！），所以处理每个请求的时间会比较长。这明显不合理嘛！

那么FastCGI是怎么做的呢？

首先，FastCGI会先启一个master进程，解析配置文件，初始化执行环境，然后再启动多个worker进程。当请求过来时，master会传递给一个worker，然后立即可以接受下一个请求。这样就避免了重复的劳动，效率自然是高。而且当worker不够用时，master可以根据配置预先启动几个worker等着。当然空闲worker太多时，也会停掉一些，这样就提高了性能，也节约了资源。这就是FastCGI的对进程的管理。

ps：也有一些能够调度PHP-CGI进程的程序，比如说由lighthttpd分离出来的spawn-fcgi。好了，PHP-FPM也是这么个东东，在长时间的发展后，逐渐得到了大家的认可（要知道前几年大家可是抱怨PHP-FPM稳定性太差的），也越来越流行。

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PHP-FPM（FastCGI Process Manager）

它是FastCGI协议的一个实现，任何实现了FastCGI协议的服务器都能够与之通信。 FPM之于标准的FastCGI程序，也提供了一些增强功能，具体可以参考官方文档：PHP: FPM Installation。

FPM是一个PHP进程管理器，包含master和worker两种进程。

master进程只有一个，负责监听端口，接收来自服务器的请求，而worker进程则一般有多个（具体数量根据实际需要配置），每个进程内部都嵌入了一个PHP解释器，是PHP代码真正执行的地方，下面是我本机上FPM的进程情况：1个master进程，2个worker进程。

$ ps -ef | grep fpm
root       130     1  0 01:37 ?        00:00:01 php-fpm: master process (/usr/local/php/etc/php-fpm.conf)
php-fpm    131   130  0 01:37 ?        00:00:00 php-fpm: pool www
php-fpm    133   130  0 01:43 ?        00:00:00 php-fpm: pool www

从FPM接收到请求，到处理完毕，其具体的流程如下：

FPM的master进程接收到请求。
master进程根据配置指派特定的worker进程进行请求处理，如果没有可用进程，返回错误，这也是我们配合Nginx遇到502错误比较多的原因。
worker进程处理请求，如果超时，返回504错误。
请求处理结束，返回结果。

FPM从接收到处理请求的流程就是这样了，那么Nginx又是如何发送请求给FPM的呢？

这就需要从Nginx层面来说明了。

我们知道，Nginx不仅仅是一个Web服务器，也是一个功能强大的Proxy服务器，除了进行http请求的代理，也可以进行许多其他协议请求的代理，包括本文与FPM相关的FastCGI协议。为了能够使Nginx理解FastCGI协议，Nginx提供了FastCGI模块来将http请求映射为对应的FastCGI请求。

Nginx的FastCGI模块提供了fastcgi_param指令来主要处理这些映射关系，下面是Nginx的一个配置文件实例，其主要完成的工作是将Nginx中的变量翻译成PHP中能够理解的变量。

$ cat /usr/local/nginx/conf/fastcgi.conf

fastcgi_param  SCRIPT_FILENAME    $document_root$fastcgi_script_name;
fastcgi_param  QUERY_STRING       $query_string;
fastcgi_param  REQUEST_METHOD     $request_method;
fastcgi_param  CONTENT_TYPE       $content_type;
fastcgi_param  CONTENT_LENGTH     $content_length;

fastcgi_param  SCRIPT_NAME        $fastcgi_script_name;
fastcgi_param  REQUEST_URI        $request_uri;
fastcgi_param  DOCUMENT_URI       $document_uri;
fastcgi_param  DOCUMENT_ROOT      $document_root;
fastcgi_param  SERVER_PROTOCOL    $server_protocol;
fastcgi_param  REQUEST_SCHEME     $scheme;
fastcgi_param  HTTPS              $https if_not_empty;

fastcgi_param  GATEWAY_INTERFACE  CGI/1.1;
fastcgi_param  SERVER_SOFTWARE    nginx/$nginx_version;

fastcgi_param  REMOTE_ADDR        $remote_addr;
fastcgi_param  REMOTE_PORT        $remote_port;
fastcgi_param  SERVER_ADDR        $server_addr;
fastcgi_param  SERVER_PORT        $server_port;
fastcgi_param  SERVER_NAME        $server_name;

除此之外，非常重要的就是fastcgi_pass指令了，这个指令用于指定FPM进程监听的地址，Nginx会把所有的PHP请求翻译成FastCGI请求之后再发送到这个地址。下面一个简单的可以工作的Nginx配置文件：

server {
    listen 80;
    server_name test.me;
    root /usr/local/web/myproject/public;
    index index.php index.html index.htm;

    access_log /usr/local/nginx/logs/test-access.log;
    error_log  /usr/local/nginx/logs/test-error.log;

    location / {
      try_files $uri $uri/ /index.php?$query_string;
    }

    location ~\.php$ {
        include fastcgi_params;
        fastcgi_param SCRIPT_FILENAME /usr/local/web/myproject/public/$fastcgi_script_name;
        fastcgi_pass unix:/usr/local/php/var/run/php-fpm.sock;
        fastcgi_index index.php;
    }
}

在这个配置文件中，我们新建了一个虚拟主机，监听80端口，项目根目录为 /usr/local/web/myproject/public。然后我们通过location指令，将所有的以.php结尾的请求都交给FastCGI模块处理，从而把所有的PHP请求都交给了FPM处理，从而完成Nginx到FPM的闭环。如此以来，Nginx与FPM通信的整个流程应该比较清晰了。