使用Rancher在K8S上部署高性能PHP應用程序

介 紹

PHP是網絡上最流行的編程語言之一，許多被普遍使用的內容管理系統都使用它開發，如WordPress和Drupal，併爲現代服務器端框架（如Laravel和Symfony）提供核心代碼。

儘管PHP很受歡迎，可是其緩慢和難以維護也是衆所周知的。近幾年這兩個毛病已經沒有那麼嚴重了，可是高性能的PHP應用程序依然會須要兩個功能：OPcache和PHP FastCGI進程管理器（PHP-FPM）。

在本文中，你將瞭解到在Kubernetes上如何使用自定義OPcache和PHP-FPM配置部署一個PHP應用程序以提升其性能。你將使用Rancher來部署一個PHP應用程序，該應用程序使用自定義環境變量來動態配置OPcache和PHP-FPM。咱們將展現如何在你的Docker鏡像中構建PHP-FPM配置選項並在容器中使用環境變量調整它們。

在PHP中的性能

首先，瞭解PHP應用程序中如何處理網絡請求將對本文接下來的內容頗有幫助。

PHP一般運行在web服務器旁邊，處理請求並將它們發送到PHP應用程序中。你可使用PHP-FPM或mod_PHP來運行你的應用程序，但在本文中咱們將使用PHP-FPM，由於其性能優點而且NGINX是最常與PHP-FPM一塊兒使用的web服務器。

OPcache介紹

OPcache經過在首次調用腳本時將腳本存儲在內存中來加速PHP應用程序。進而，隨後的請求將從內存而不是文件系統加載，這可使你的速度提升74%。

OPcache提供了一些設置，你能夠調整這些設置來提升應用程序的性能和可靠性。在本篇教程中，你將瞭解到如何設置一個PHP Docker鏡像，該鏡像能夠調整OPcache的內存限制、緩存文件數量以及從新驗證緩存頻率。

PHP-FPM介紹

PHP-FPM（FastCGI進程管理器）會啓動一個或多個進程以運行你的PHP應用程序。與mod_PHP（將PHP捆綁爲Apache模塊）不一樣，PHP-FPM使你能夠精確控制服務器（或容器）運行的進程數量，以及它們應該如何啓動和中止。

找到一個理想的PHP-FPM配置高度依賴於你的應用程序以及它所服務的請求數量和容器中的內存和CPU限制。我推薦你閱讀Hayden James關於這個主題的文章（連接已放在文末）而且在負載測試環境下測試幾種不一樣的配置。

在K8S上部署一個PHP應用程序

前期準備

在你進行本篇教程以前，你須要作好如下準備：

• 在你本地機器上安裝好的Docker

• Docker Hub或其餘Docker鏡像倉庫上的帳號

• Rancher部署（若是你還沒部署，能夠按照Quick start進行）

• 經過Rancher管理的Kubernetes集羣

在本教程中使用的全部代碼均可以在Github中獲取，或者你能夠按照如下步驟從頭開始構建應用程序。

PHP應用程序

你將要使用的應用程序是一個顯示當前日期的PHP文件。建立一個新文件並將其命名爲index.php：

<?php
echo 'The current date is ' . date('F jS, Y');

建立Dockerfile和配置文件

在Docker Hub上，你能夠得到不少PHP Docker鏡像，但它們都沒有提供使用環境變量來修改OPcache或PHP-FPM配置的簡便方法。使用環境變量的優點在於，您無需每次要調整PHP-FPM或OPcache設置時都須要重建PHP映像。這可讓你快速調整你的應用程序以提高性能。

首先，建立一個名爲opcache.ini的新文件。你將複製該文件到PHP鏡像中並在Dockerfile中爲每一個環境變量添加默認值。

# See https://www.php.net/manual/en/opcache.configuration.php for all available configuration options.
[opcache]
opcache.enable=${PHP_OPCACHE_ENABLE}
opcache.memory_consumption=${PHP_OPCACHE_MEMORY_CONSUMPTION}
opcache.max_accelerated_files=${PHP_OPCACHE_MAX_ACCELERATED_FILES}
opcache.revalidate_freq=${PHP_OPCACHE_REVALIDATE_FREQUENCY}
opcache.validate_timestamps=${PHP_OPCACHE_VALIDATE_TIMESTAMPS}

接下來，建立另外一個名爲www.conf的新文件。該文件將存儲PHP-FPM配置選項，你能夠經過環境變量對其進行更新：

; See https://www.php.net/manual/en/install.fpm.configuration.php for all available configuration options

; Required user, group, and port options
[www]
user = www-data
group = www-data
listen = 127.0.0.1:9000

; Process manager options
pm = ${PHP_FPM_PM}
pm.max_children = ${PHP_FPM_MAX_CHILDREN}
pm.start_servers = ${PHP_FPM_START_SERVERS}
pm.min_spare_servers = ${PHP_FPM_MIN_SPARE_SERVERS}
pm.max_spare_servers = ${PHP_FPM_MAX_SPARE_SERVERS}
pm.max_requests = ${PHP_FPM_MAX_REQUESTS}

你須要複製這些文件到你的Docker鏡像中而且設置默認的環境變量值，所以請在項目的根目錄中建立一個新的Dockerfile。添加如下步驟：

FROM php:7.4-fpm

# OPcache defaults
ENV PHP_OPCACHE_ENABLE="1"
ENV PHP_OPCACHE_MEMORY_CONSUMPTION="128"
ENV PHP_OPCACHE_MAX_ACCELERATED_FILES="10000"
ENV PHP_OPCACHE_REVALIDATE_FREQUENCY="0"
ENV PHP_OPCACHE_VALIDATE_TIMESTAMPS="0"

# Install opcache and add the configuration file
RUN docker-php-ext-install opcache
ADD opcache.ini "$PHP_INI_DIR/conf.d/opcache.ini"

# PHP-FPM defaults
ENV PHP_FPM_PM="dynamic"
ENV PHP_FPM_MAX_CHILDREN="5"
ENV PHP_FPM_START_SERVERS="2"
ENV PHP_FPM_MIN_SPARE_SERVERS="1"
ENV PHP_FPM_MAX_SPARE_SERVERS="2"
ENV PHP_FPM_MAX_REQUESTS="1000"

# Copy the PHP-FPM configuration file
COPY ./www.conf /usr/local/etc/php-fpm.d/www.conf

# Copy the PHP application file
COPY ./index.php /var/www/public/index.php
RUN chown -R www-data:www-data /var/www/public

Dockerfile將OPCache配置、PHP-FPM配置以及PHP應用程序文件複製到鏡像中，並確保包含PHP代碼的var/www/public目錄爲PHP-FPM用戶全部。ENV 聲明設置了默認的PHP_OPCACHE_...和PHP_FPM_...環境變量，但你能夠在運行這個鏡像時隨時覆蓋它們。這將使實際部署中的性能調整變得更加容易。

構建並推送到DockerHub

至此，你的項目中已經有了一個單文件PHP應用程序、一個OPcache配置文件、一個PHP-FPM配置文件和一個Dockerfile。你如今能夠構建你的Docker鏡像：

docker build -t <YOUR_USERNAME>/php-fpm .

接下來，將鏡像推送到Docker Hub：

docker push <YOUR_USERNAME>/php-fpm

部署一個PHP-FPM工做負載

既然你的自定義PHP-FPM鏡像在Docker Hub上已經能夠獲取，你能夠將其做爲工做負載的一部分部署在Kubernetes集羣上。使用Rancher UI，建立一個新的deployment，將其命名爲php-fpm，並使用<YOUR_USERNAME>/php-fpm做爲Docker鏡像。你能夠修改以上Dockerfile中使用的任何PHP_OPCACHE _...和PHP_FPM _...環境變量。

在設置Nginx工做負載以服務於PHP-FPM deployment以前，請檢查你的PHP-FPM和OPcache設置是否已正確添加到容器中。在Rancher UI中，單擊PHP deployment旁邊的三個點，而後單擊「 Execute Shell」：

要檢查OPcache模塊是否已啓用，請鍵入php-fpm -i。這將輸出整個PHP .ini配置。瀏覽一下OPcache上的部分，你應該會看到相似如下內容（更改的任何值都會反映出來）：

...
opcache.blacklist_filename => no value => no value
opcache.consistency_checks => 0 => 0
opcache.dups_fix => Off => Off
opcache.enable => On => On
opcache.enable_cli => Off => Off
opcache.enable_file_override => Off => Off
opcache.error_log => no value => no value
opcache.file_cache => no value => no value
opcache.file_cache_consistency_checks => 1 => 1
opcache.file_cache_only => 0 => 0
opcache.file_update_protection => 2 => 2
opcache.force_restart_timeout => 180 => 180
opcache.huge_code_pages => Off => Off
opcache.interned_strings_buffer => 8 => 8
opcache.lockfile_path => /tmp => /tmp
opcache.log_verbosity_level => 1 => 1
opcache.max_accelerated_files => 10000 => 10000
opcache.max_file_size => 0 => 0
opcache.max_wasted_percentage => 5 => 5
opcache.memory_consumption => 256 => 256
opcache.opt_debug_level => 0 => 0
opcache.optimization_level => 0x7FFEBFFF => 0x7FFEBFFF
opcache.preferred_memory_model => no value => no value
opcache.preload => no value => no value
opcache.preload_user => no value => no value
opcache.protect_memory => 0 => 0
opcache.restrict_api => no value => no value
opcache.revalidate_freq => 0 => 0
opcache.revalidate_path => Off => Off
opcache.save_comments => 1 => 1
opcache.use_cwd => On => On
opcache.validate_permission => Off => Off
opcache.validate_root => Off => Off
opcache.validate_timestamps => Off => Off
...

每當你從新部署PHP-FPM工做負載時，PHP-FPM都會從新啓動並重置OPcache，所以，當你在Kubernetes上運行PHP-FPM時，你一般沒必要擔憂重置OPcache。若是確實要手動刷新緩存，最簡單的方法是從Rancher UI從新部署工做負載。

爲了確保PHP-FPM配置更改能夠生效，請在shell中鍵入php-fpm -tt。你應該看到全部PHP-FPM選項的列表，包括進程管理器更新的部分（該管理器添加到www.conf文件並使用環境變量進行設置）：

NOTICE:  pm = dynamic
NOTICE:  pm.max_children = 10
NOTICE:  pm.start_servers = 2
NOTICE:  pm.min_spare_servers = 1
NOTICE:  pm.max_spare_servers = 2
NOTICE:  pm.process_idle_timeout = 10
NOTICE:  pm.max_requests = 1000

部署Nginx工做負載

如今，你有一個PHP-FPM工做負載，可是沒有Web服務器能夠訪問它。你可使用許多NGINX Docker鏡像來爲你的PHP應用程序提供服務，可是我一般使用這個NGINX鏡像（https://www.shiphp.com/blog/2018/nginx-php-fpm-with-env ），它容許你經過使用環境變量將一個鏡像用於任意數量的PHP-FPM工做負載。

在Rancher UI中建立新的工做負載，該負載與PHP-FPM工做負載在相同的集羣上。將其命名爲nginx，使用Docker鏡像shiphp / nginx-env，將容器上的端口80映射到集羣上的開放端口，並添加環境變量NGINX_HOST = php-fpm：

若是你把PHP-FPM工做負載命名爲php-fpm之外的名字，或者你想爲第二個工做負載提供服務，你可使用NGINX_HOST環境變量來鏈接它，這也容許你在同一個集羣上運行多個PHP-FPM和Nginx工做負載。這也容許你在同一個集羣上運行多個PHP-FPM和Nginx工做負載。

一旦你的Nginx工做負載可用，點擊它所在的端口連接，打開Web應用程序。你應該看到你的PHP腳本生成的當前日期。

結 論

如今，你已經將PHP-FPM工做負載部署到了Kubernetes集羣中，你能夠開始真正的性能調優工做了。幸運的是，如今更新 PHP-FPM 和 OPcache設置就像更改環境變量和從新部署 Workload 同樣簡單。這將容許你嘗試新的設置，並比從新構建鏡像更快得到反饋。

從Web應用程序中得到最佳性能是一個反覆的過程，但但願本教程中的Kubernetes部署能幫助你構建更高性能的PHP應用程序。

參考連接：

PHP性能提高：
https://gbksoft.com/blog/php-5-vs-php-7-performance-comparison/

PHP-FPM性能優點：
https://www.cloudways.com/blog/php-fpm-on-cloud/

NGINX
http://nginx.org/en/

OPcache配置設置：
https://www.php.net/manual/en/opcache.configuration.php

提高性能以及你的OPcache應用程序可靠性：
https://tideways.com/profiler/blog/fine-tune-your-opcache-configuration-to-avoid-caching-suprises

Hayden James的PHP-FPM調整文章：
https://haydenjames.io/php-fpm-tuning-using-pm-static-max-performance/

PHP-FPM配置測試：
https://speakerdeck.com/erictendian/performance-testing-and-optimization-with-laravel-and-lumen