PHP强化之22 - CGI、FastCGI与PHP-FPM

一、简介

在搭建 LAMP/LNMP 服务器时，会经常遇到 PHP-FPM、FastCGI和CGI 这几个概念。如果对它们一知半解，很难搭建出高性能的服务器。接下来我们就以图形方式，解释这些概念之间的关系。

二、原理

在整个网站架构中，Web Server（如Apache）只是内容的分发者。举个栗子，如果客户端请求的是 index.html，那么Web Server会去文件系统中找到这个文件，发送给浏览器，这里分发的是静态数据。

如果请求的是 index.php，根据配置文件，Web Server知道这个不是静态文件，需要去找 PHP 解析器来处理，那么他会把这个请求简单处理，然后交给PHP解析器。

当Web Server收到 index.php 这个请求后，会启动对应的 CGI 程序，这里就是PHP的解析器。接下来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CGI规定的格式返回处理后的结果，退出进程，Web server再把结果返回给浏览器。这就是一个完整的动态PHP Web访问流程。

为了方便理解，以下是对相关概念的简单解释：

• CGI（Common Gateway Interface）：通用网关接口，是 Web Server 与 Web Application 之间数据交换的一种协议。
• FastCGI（Fast Common Gateway Interface）：同 CGI，是一种通信协议，但比 CGI 在效率上做了一些优化。同样，SCGI 协议与 FastCGI 类似。
• PHP-CGI：是 PHP （Web Application）对 Web Server 提供的 CGI 协议的接口程序。
• PHP-FPM（FastCGI Process Manager）：FastCGI进程管理器，是 PHP（Web Application）对 Web Server 提供的 FastCGI 协议的接口程序，额外还提供了相对智能一些任务管理。
• Web Server 一般指Apache、Nginx、IIS、Lighttpd、Tomcat等服务器，
• Web Application 一般指PHP、Java、Asp.net等应用程序。

三、CGI

CGI（Common Gateway Interface）全称是“通用网关接口”，WEB 服务器与PHP应用进行“交谈”的一种工具，其程序须运行在网络服务器上。CGI可以用任何一种语言编写，只要这种语言具有标准输入、输出和环境变量。如php、perl、tcl等。

WEB服务器会传哪些数据给PHP解析器呢？URL、查询字符串、POST数据、HTTP header都会有。所以，CGI就是规定要传哪些数据，以什么样的格式传递给后方处理这个请求的协议。仔细想想，你在PHP代码中使用的用户从哪里来的。

也就是说，CGI就是专门用来和 web 服务器打交道的。web服务器收到用户请求，就会把请求提交给cgi程序（如php-cgi），cgi程序根据请求提交的参数作出对应处理（解析php），然后输出标准的html语句，返回给web服服务器，WEB服务器再返回给客户端，这就是普通cgi的工作原理。

CGI的好处就是完全独立于任何服务器，仅仅是做为中间分子。提供接口给apache和php。他们通过cgi搭线来完成数据传递。这样做的好处就是尽量减少了这两个程序的关联，使他们变得更独立。

但是CGI有个蛋疼的地方，就是每一次web请求都会有启动和退出过程，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。

PHP-CGI的不足： 1）php-cgi变更php.ini配置后需重启php-cgi才能让新的php-ini生效，不可以平滑重启。 2）直接杀死php-cgi进程，php就不能运行了。(PHP-FPM和Spawn-FCGI就没有这个问题，守护进程会平滑从新生成新的子进程。）

四、FastCGI

从根本上来说，FastCGI是用来提高CGI程序性能的。类似于CGI，FastCGI也可以说是一种协议。

FastCGI像是一个常驻(long-live)型的CGI，它可以一直执行着，只要激活后，不会每次都要花费时间去fork一次。它还支持分布式的运算, 即 FastCGI 程序可以在网站服务器以外的主机上执行，并且接受来自其它网站服务器来的请求。

FastCGI是语言无关的、可伸缩架构的CGI开放扩展，其主要行为是将CGI解释器进程保持在内存中，并因此获得较高的性能。众所周知，CGI解释器的反复加载是CGI性能低下的主要原因，如果CGI解释器保持在内存中，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特性等等。

FastCGI的工作原理： FastCGI接口方式采用C/S结构，可以将HTTP服务器和脚本解析服务器分开，同时在脚本解析服务器上启动一个或者多个脚本解析守护进程。当HTTP服务器每次遇到动态程序时，可以将其直接交付给FastCGI进程来执行，然后将得到的结果返回给浏览器。这种方式可以让HTTP服务器专一地处理静态请求，或者将动态脚本服务器的结果返回给客户端，这在很大程度上提高了整个应用系统的性能。

文字解说： 1）Web Server启动时载入FastCGI进程管理器（Apache Module或IIS ISAPI等) 2）FastCGI进程管理器自身初始化，启动多个CGI解释器进程(可建多个php-cgi)，并等待来自Web Server的连接。 3）当客户端请求到达Web Server时，FastCGI进程管理器选择并连接到一个CGI解释器。Web server将CGI环境变量和标准输入发送到FastCGI子进程php-cgi。 4）FastCGI子进程完成处理后，将标准输出和错误信息从同一连接返回Web Server。当FastCGI子进程关闭连接时，请求便告处理完成。FastCGI子进程接着等待，并处理来自FastCGI进程管理器(运行在Web Server中)的下一个连接。 在CGI模式中，php-cgi在此便退出了。

FastCGI与CGI特点： 1）对于CGI来说，每一个Web请求PHP都必须重新解析php.ini、重新载入全部扩展，并重新初始化全部数据结构。而使用FastCGI，所有这些都只在进程启动时发生一次。一个额外的好处是，持续数据库连接(Persistent database connection)可以工作。 2）由于FastCGI是多进程，所以比CGI多线程消耗更多的服务器内存，php-cgi解释器每进程消耗7至25兆内存，将这个数字乘以50或100就是很大的内存数。

五、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。目前，PHP5.3版本之后，PHP-FPM是内置于PHP的。

因为PHP-CGI只是个CGI程序，他自己本身只能解析请求，返回结果，不会进程管理。所以就出现了一些能够调度 php-cgi 进程的程序，比如说由lighthttpd分离出来的spawn-fcgi。同样，PHP-FPM也是用于调度管理PHP解析器php-cgi的管理程序。

PHP-FPM通过生成新的子进程可以实现php.ini修改后的平滑重启。

技术的升级过程：

所以，如果要搭建一个高性能的PHP WEB服务器，目前最佳的方式是Apache/Nginx + FastCGI + PHP-FPM(+PHP-CGI)方式了。