PHP強化之22 - CGI、FastCGI與PHP-FPM

1、簡介

在搭建 LAMP/LNMP 服務器時，會常常遇到 PHP-FPM、FastCGI和CGI 這幾個概念。若是對它們只知其一;不知其二，很難搭建出高性能的服務器。接下來咱們就以圖形方式，解釋這些概念之間的關係。

2、原理

在整個網站架構中，Web Server（如Apache）只是內容的分發者。舉個栗子，若是客戶端請求的是 index.html，那麼Web Server會去文件系統中找到這個文件，發送給瀏覽器，這裏分發的是靜態數據。

 

若是請求的是 index.php，根據配置文件，Web Server知道這個不是靜態文件，須要去找 PHP 解析器來處理，那麼他會把這個請求簡單處理，而後交給PHP解析器。

 

當Web Server收到 index.php 這個請求後，會啓動對應的 CGI 程序，這裏就是PHP的解析器。接下來PHP解析器會解析php.ini文件，初始化執行環境，而後處理請求，再以CGI規定的格式返回處理後的結果，退出進程，Web server再把結果返回給瀏覽器。這就是一個完整的動態PHP Web訪問流程。

爲了方便理解，如下是對相關概念的簡單解釋：

• CGI（Common Gateway Interface）：通用網關接口，是 Web Server 與 Web Application 之間數據交換的一種協議。
• FastCGI（Fast Common Gateway Interface）：同 CGI，是一種通訊協議，但比 CGI 在效率上作了一些優化。一樣，SCGI 協議與 FastCGI 相似。
• PHP-CGI：是 PHP （Web Application）對 Web Server 提供的 CGI 協議的接口程序。
• PHP-FPM（FastCGI Process Manager）：FastCGI進程管理器，是 PHP（Web Application）對 Web Server 提供的 FastCGI 協議的接口程序，額外還提供了相對智能一些任務管理。
   
• Web Server 通常指Apache、Nginx、IIS、Lighttpd、Tomcat等服務器，
• Web Application 通常指PHP、Java、Asp.net等應用程序。

3、CGI

CGI（Common Gateway Interface）全稱是「通用網關接口」，WEB 服務器與PHP應用進行「交談」的一種工具，其程序須運行在網絡服務器上。CGI能夠用任何一種語言編寫，只要這種語言具備標準輸入、輸出和環境變量。如php、perl、tcl等。

WEB服務器會傳哪些數據給PHP解析器呢？URL、查詢字符串、POST數據、HTTP header都會有。因此，CGI就是規定要傳哪些數據，以什麼樣的格式傳遞給後方處理這個請求的協議。仔細想一想，你在PHP代碼中使用的用戶從哪裏來的。

也就是說，CGI就是專門用來和 web 服務器打交道的。web服務器收到用戶請求，就會把請求提交給cgi程序（如php-cgi），cgi程序根據請求提交的參數做出對應處理（解析php），而後輸出標準的html語句，返回給web服服務器，WEB服務器再返回給客戶端，這就是普通cgi的工做原理。

CGI的好處就是徹底獨立於任何服務器，僅僅是作爲中間分子。提供接口給apache和php。他們經過cgi搭線來完成數據傳遞。這樣作的好處就是儘可能減小了這兩個程序的關聯，使他們變得更獨立。

可是CGI有個蛋疼的地方，就是每一次web請求都會有啓動和退出過程，也就是最爲人詬病的fork-and-execute模式，這樣一在大規模併發下，就死翹翹了。

PHP-CGI的不足：
1）php-cgi變動php.ini配置後需重啓php-cgi才能讓新的php-ini生效，不能夠平滑重啓。
2）直接殺死php-cgi進程，php就不能運行了。(PHP-FPM和Spawn-FCGI就沒有這個問題，守護進程會平滑重新生成新的子進程。）

4、FastCGI

從根本上來講，FastCGI是用來提升CGI程序性能的。相似於CGI，FastCGI也能夠說是一種協議。

FastCGI像是一個常駐(long-live)型的CGI，它能夠一直執行着，只要激活後，不會每次都要花費時間去fork一次。它還支持分佈式的運算, 即 FastCGI 程序能夠在網站服務器之外的主機上執行，而且接受來自其它網站服務器來的請求。

FastCGI是語言無關的、可伸縮架構的CGI開放擴展，其主要行爲是將CGI解釋器進程保持在內存中，並所以得到較高的性能。衆所周知，CGI解釋器的反覆加載是CGI性能低下的主要緣由，若是CGI解釋器保持在內存中，並接受FastCGI進程管理器調度，則能夠提供良好的性能、伸縮性、Fail-Over特性等等。

FastCGI的工做原理：
FastCGI接口方式採用C/S結構，能夠將HTTP服務器和腳本解析服務器分開，同時在腳本解析服務器上啓動一個或者多個腳本解析守護進程。當HTTP服務器每次遇到動態程序時，能夠將其直接交付給FastCGI進程來執行，而後將獲得的結果返回給瀏覽器。這種方式可讓HTTP服務器專注地處理靜態請求，或者將動態腳本服務器的結果返回給客戶端，這在很大程度上提升了整個應用系統的性能。

 

 

文字解說：
1）Web Server啓動時載入FastCGI進程管理器（Apache Module或IIS ISAPI等)
2）FastCGI進程管理器自身初始化，啓動多個CGI解釋器進程(可建多個php-cgi)，並等待來自Web Server的鏈接。
3）當客戶端請求到達Web Server時，FastCGI進程管理器選擇並鏈接到一個CGI解釋器。Web server將CGI環境變量和標準輸入發送到FastCGI子進程php-cgi。
4）FastCGI子進程完成處理後，將標準輸出和錯誤信息從同一鏈接返回Web Server。當FastCGI子進程關閉鏈接時，請求便告處理完成。FastCGI子進程接着等待，並處理來自FastCGI進程管理器(運行在Web Server中)的下一個鏈接。 在CGI模式中，php-cgi在此便退出了。

 

FastCGI與CGI特色：
1）對於CGI來講，每個Web請求PHP都必須從新解析php.ini、從新載入所有擴展，並從新初始化所有數據結構。而使用FastCGI，全部這些都只在進程啓動時發生一次。一個額外的好處是，持續數據庫鏈接(Persistent database connection)能夠工做。
2）因爲FastCGI是多進程，因此比CGI多線程消耗更多的服務器內存，php-cgi解釋器每進程消耗7至25兆內存，將這個數字乘以50或100就是很大的內存數。

5、PHP-FPM

PHP-FPM 是對於 FastCGI 協議的具體實現，他負責管理一個進程池，來處理來自Web服務器的請求。目前，PHP5.3版本以後，PHP-FPM是內置於PHP的。

由於PHP-CGI只是個CGI程序，他本身自己只能解析請求，返回結果，不會進程管理。因此就出現了一些可以調度 php-cgi 進程的程序，好比說由lighthttpd分離出來的spawn-fcgi。一樣，PHP-FPM也是用於調度管理PHP解析器php-cgi的管理程序。

PHP-FPM經過生成新的子進程能夠實現php.ini修改後的平滑重啓。

技術的升級過程：

 

 

因此，若是要搭建一個高性能的PHP WEB服務器，目前最佳的方式是Apache/Nginx + FastCGI + PHP-FPM(+PHP-CGI)方式了。

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