1. 概述

在理解 OPCache 功能之前，我們有必要先理解PHP-FPM + Nginx 的工作機(jī)制，以及PHP腳本解釋執(zhí)行的機(jī)制。

1.1 PHP-FPM + Nginx 的工作機(jī)制

請求從Web瀏覽器到Nginx，再到PHP處理完成，一共要經(jīng)歷如下五個(gè)步驟：

第一步：啟動(dòng)服務(wù)

• 啟動(dòng)PHP-FPM。PHP-FPM 支持兩種通信模式：TCP socket和Unix socket；

• PHP-FPM 會啟動(dòng)兩種類型的進(jìn)程：Master 進(jìn)程 和 Worker 進(jìn)程，前者負(fù)責(zé)監(jiān)控端口、分配任務(wù)、管理Worker進(jìn)程；后者就是PHP的cgi程序，負(fù)責(zé)解釋編譯執(zhí)行PHP腳本。

• 啟動(dòng)Nginx。首先會載入 ngx_http_fastcgi_module 模塊，初始化FastCGI執(zhí)行環(huán)境，實(shí)現(xiàn)FastCGI協(xié)議請求代理

• 這里要注意：fastcgi的worker進(jìn)程(cgi進(jìn)程)，是由PHP-FPM來管理，不是Nginx。Nginx只是代理

第二步：Request => Nginx

• Nginx 接收請求，并基于location配置，選擇一個(gè)合適handler

• 這里就是代理PHP的 handler

第三步：Nginx => PHP-FPM

• Nginx 把請求翻譯成fastcgi請求

• 通過TCP socket/Unix Socket 發(fā)送給PHP-FPM 的master進(jìn)程

第四步：PHP-FPM Master => Worker

• PHP-FPM master 進(jìn)程接收到請求

• 分配Worker進(jìn)程執(zhí)行PHP腳本，如果沒有空閑的Worker，返回502錯(cuò)誤

• Worker(php-cgi)進(jìn)程執(zhí)行PHP腳本，如果超時(shí)，返回504錯(cuò)誤

• 處理結(jié)束，返回結(jié)果

第五步：PHP-FPM Worker => Master => Nginx

• PHP-FPM Worker 進(jìn)程返回處理結(jié)果，并關(guān)閉連接，等待下一個(gè)請求

• PHP-FPM Master 進(jìn)程通過Socket 返回處理結(jié)果

• Nginx Handler順序?qū)⒚恳粋€(gè)響應(yīng)buffer發(fā)送給第一個(gè)filter → 第二個(gè) → 以此類推 → 最終響應(yīng)發(fā)送給客戶端

1.2 PHP腳本解釋執(zhí)行的機(jī)制

了解了PHP + Nginx 整體的處理流程后，我們接下來看一下PHP腳本具體執(zhí)行流程，

首先我們看一個(gè)實(shí)例：

<?php if (!empty($_POST)) { echo "Response Body POST: ", json_encode($_POST), "\n"; } if (!empty($_GET)) { echo "Response Body GET: ", json_encode($_GET), "\n"; }

我們分析一下執(zhí)行過程：

1. php初始化執(zhí)行環(huán)節(jié)，啟動(dòng)Zend引擎，加載注冊的擴(kuò)展模塊

2. 初始化后讀取腳本文件，Zend引擎對腳本文件進(jìn)行詞法分析(lex)，語法分析(bison)，生成語法樹

3. Zend 引擎編譯語法樹，生成opcode，

4. Zend 引擎執(zhí)行opcode，返回執(zhí)行結(jié)果

在PHP cli模式下，每次執(zhí)行PHP腳本，四個(gè)步驟都會依次執(zhí)行一遍；

在PHP-FPM模式下，步驟1)在PHP-FPM啟動(dòng)時(shí)執(zhí)行一次，后續(xù)的請求中不再執(zhí)行；步驟2)~4)每個(gè)請求都要執(zhí)行一遍；

其實(shí)步驟2)、3)生成的語法樹和opcode，同一個(gè)PHP腳本每次運(yùn)行的結(jié)果都是一樣的，

在PHP-FPM模式下，每次請求都要處理一遍，是對系統(tǒng)資源極大的浪費(fèi)，那么有沒有辦法優(yōu)化呢？

當(dāng)然有，如：

• OPCache：前身是Zend Optimizer+ ，是 Zend Server 的一個(gè)開源組件；官方出品，強(qiáng)力推薦

• APC：Alternative PHP Cache 是一個(gè)開放自由的 PHP opcode 緩存組件，用于緩存、優(yōu)化 PHP 中間代碼；已經(jīng)不更新了不推薦

• APCu：是APC的一個(gè)分支，共享內(nèi)存，緩存用戶數(shù)據(jù)，不能緩存opcode，可以配合Opcache 使用

• eAccelerate：同樣是不更新了，不推薦

• xCache：不再推薦使用了

2. OPCache 介紹

OPCache 是Zend官方出品的，開放自由的 opcode 緩存擴(kuò)展，還具有代碼優(yōu)化功能，省去了每次加載和解析 PHP 腳本的開銷。

PHP 5.5.0 及后續(xù)版本中已經(jīng)綁定了 OPcache 擴(kuò)展。

緩存兩類內(nèi)容:

• OPCode

• Interned String，如注釋、變量名等

3. OPCache 原理

OPCache緩存的機(jī)制主要是：將編譯好的操作碼放入共享內(nèi)存，提供給其他進(jìn)程訪問。

這里就涉及到內(nèi)存共享機(jī)制，另外所有內(nèi)存資源操作都有鎖的問題，我們一一解讀。

3.1 共享內(nèi)存

UNIX/Linux 系統(tǒng)提供很多種進(jìn)程間內(nèi)存共享的方式：

• System-V shm API: System V共享內(nèi)存,

• sysv shm是持久化的，除非被一個(gè)進(jìn)程明確的刪除，否則它始終存在于內(nèi)存里，直到系統(tǒng)關(guān)機(jī)；

• mmap API：

• mmap映射的內(nèi)存在不是持久化的，如果進(jìn)程關(guān)閉，映射隨即失效，除非事先已經(jīng)映射到了一個(gè)文件上

• 內(nèi)存映射機(jī)制mmap是POSIX標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)調(diào)用，有匿名映射和文件映射兩種

• mmap的一大優(yōu)點(diǎn)是把文件映射到進(jìn)程的地址空間

• 避免了數(shù)據(jù)從用戶緩沖區(qū)到內(nèi)核page cache緩沖區(qū)的復(fù)制過程；

• 當(dāng)然還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是不需要頻繁的read/write系統(tǒng)調(diào)用

• POSIX API：System V 的共享內(nèi)存是過時(shí)的, POSIX共享內(nèi)存提供了使用更簡單、設(shè)計(jì)更合理的API.

• Unix socket API

OPCache 使用了前三個(gè)共享內(nèi)存機(jī)制，根據(jù)配置或者默認(rèn)mmap 內(nèi)存共享模式。

依據(jù)PHP字節(jié)碼緩存的場景，OPCache的內(nèi)存管理設(shè)計(jì)非常簡單，快速讀寫，不釋放內(nèi)存，過期數(shù)據(jù)置為Wasted。

當(dāng)Wasted內(nèi)存大于設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)重啟OPCache機(jī)制，清空并重新生成緩存。

3.2 互斥鎖

任何內(nèi)存資源的操作，都涉及到鎖的機(jī)制。

共享內(nèi)存：一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)，只允許一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行寫操作，允許多個(gè)進(jìn)程執(zhí)行讀操作；

寫操作同時(shí)，不阻止讀操作，以至于很少有鎖死的情況。

這就引發(fā)另外一個(gè)問題：新代碼、大流量場景，進(jìn)程排隊(duì)執(zhí)行緩存opcode操作；重復(fù)寫入，導(dǎo)致資源浪費(fèi)。

4. OPCache 緩存解讀

OPCache 是官方的Opcode 緩存解決方案，在PHP5.5版本之后，已經(jīng)打包到PHP源碼中一起發(fā)布。

它將PHP編譯產(chǎn)生的字節(jié)碼以及數(shù)據(jù)緩存到共享內(nèi)存中, 在每次請求，從緩存中直接讀取編譯后的opcode，進(jìn)行執(zhí)行。

通過節(jié)省腳本的編譯過程，提高PHP的運(yùn)行效率。

如果正在使用APC擴(kuò)展，做同樣的工作，現(xiàn)在強(qiáng)烈推薦OPCache來代替，尤其是PHP7中。

4.1 OPCode 緩存

Opcache 會緩存OPCode以及如下內(nèi)容：

• PHP腳本涉及到的函數(shù)

• PHP腳本中定義的Class

• PHP腳本文件路徑

• PHP腳本OPArray

• PHP腳本自身結(jié)構(gòu)/內(nèi)容

4.2 Interned String 緩存

首先我們需要理解，什么是 Interned String？

在PHP5.4的時(shí)候, 引入了Interned String機(jī)制, 用于優(yōu)化PHP對字符串的存儲和處理。

尤其是處理大塊的字符串，比如PHP doces時(shí)，Interned String 可以優(yōu)化內(nèi)存。

Interned String 緩存的內(nèi)容包括： 變量名稱、類名、方法名、字符串、注釋等。

在PHP-FPM模式中，Interned String 緩存字符，僅限于Worker 進(jìn)程內(nèi)部。

而緩存到OPCache中，那么Worker進(jìn)程之間可以使用 Interned String 緩存的字符串，節(jié)省內(nèi)存。

我們需要注意一個(gè)事情，在PHP開發(fā)中，一般會有大段的注釋，也會被緩存到OPCache中。

可以通過php.ini的配置，關(guān)閉注釋的緩存。

但是，像Zend Framework等框架中，會引用注釋，所以，是否關(guān)閉注釋的緩存，需要區(qū)別對待。

5. OPCache 更新策略

是緩存，都存在過期，以及更新策略等。

而OPCache的更新策略非常簡單，到期數(shù)據(jù)置為Wasted，達(dá)到設(shè)定值，清空緩存，重建緩存。

這里需要注意：在高流量的場景下，重建緩存是一件非常耗費(fèi)資源的事兒。

OPCache 在創(chuàng)建緩存時(shí)并不會阻止其他進(jìn)程讀取。

這會導(dǎo)致大量進(jìn)程反復(fù)新建緩存。所以，不要設(shè)置OPCache過期時(shí)間

每次發(fā)布新代碼時(shí)，都會出現(xiàn)反復(fù)新建緩存的情況。如何避免呢？

• 不要在高峰期發(fā)布代碼，這是任何情況下都要遵守的規(guī)則

• 代碼預(yù)熱，比如使用腳本批量調(diào)PHP 訪問URL，或者使用OPCache 暴露的API 如opcache_compile_file() 進(jìn)行編譯緩存

6. OPCache 的配置

6.1 內(nèi)存配置

• opcache.preferred_memory_model="mmap" OPcache 首選的內(nèi)存模塊。如果留空，OPcache 會選擇適用的模塊， 通常情況下，自動(dòng)選擇就可以滿足需求?？蛇x值包括： mmap，shm, posix 以及 win32。

• opcache.memory_consumption=64 OPcache 的共享內(nèi)存大小，以兆字節(jié)為單位，默認(rèn)64M

• opcache.interned_strings_buffer=4 用來存儲臨時(shí)字符串的內(nèi)存大小，以兆字節(jié)為單位，默認(rèn)4M

• opcache.max_wasted_percentage=5 浪費(fèi)內(nèi)存的上限，以百分比計(jì)。如果達(dá)到此上限，那么 OPcache 將產(chǎn)生重新啟動(dòng)續(xù)發(fā)事件。默認(rèn)5

6.2 允許緩存的文件數(shù)量以及大小

• opcache.max_accelerated_files=2000 OPcache 哈希表中可存儲的腳本文件數(shù)量上限。真實(shí)的取值是在質(zhì)數(shù)集合 { 223, 463, 983, 1979, 3907, 7963, 16229, 32531, 65407, 130987 } 中找到的第一個(gè)大于等于設(shè)置值的質(zhì)數(shù)。設(shè)置值取值范圍最小值是 200，最大值在 PHP 5.5.6 之前是 100000，PHP 5.5.6 及之后是 1000000。默認(rèn)值2000

• opcache.max_file_size=0 以字節(jié)為單位的緩存的文件大小上限。設(shè)置為 0 表示緩存全部文件。默認(rèn)值0

6.3 注釋相關(guān)的緩存

• opcache.load_commentsboolean 如果禁用，則即使文件中包含注釋，也不會加載這些注釋內(nèi)容。本選項(xiàng)可以和 opcache.save_comments 一起使用，以實(shí)現(xiàn)按需加載注釋內(nèi)容。

• opcache.fast_shutdown boolean 如果啟用，則會使用快速停止續(xù)發(fā)事件。所謂快速停止續(xù)發(fā)事件是指依賴 Zend 引擎的內(nèi)存管理模塊 一次釋放全部請求變量的內(nèi)存，而不是依次釋放每一個(gè)已分配的內(nèi)存塊。

6.4 二級緩存的配置

• opcache.file_cache 配置二級緩存目錄并啟用二級緩存。啟用二級緩存可以在 SHM 內(nèi)存滿了、服務(wù)器重啟或者重置 SHM 的時(shí)候提高性能。默認(rèn)值為空字符串 ""，表示禁用基于文件的緩存。

• opcache.file_cache_onlyboolean 啟用或禁用在共享內(nèi)存中的 opcode 緩存。

• opcache.file_cache_consistency_checksboolean 當(dāng)從文件緩存中加載腳本的時(shí)候，是否對文件的校驗(yàn)和進(jìn)行驗(yàn)證。

• opcache.file_cache_fallbackboolean 在 Windows 平臺上，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程無法附加到共享內(nèi)存的時(shí)候， 使用基于文件的緩存，也即：opcache.file_cache_only=1。需要顯示的啟用文件緩存。

7 配置信息

zend_extension=opcache.so

; Zend Optimizer + 的開關(guān), 關(guān)閉時(shí)代碼不再優(yōu)化.
opcache.enable=1

; Determines if Zend OPCache is enabled for the CLI version of PHP
opcache.enable_cli=1


; Zend Optimizer + 共享內(nèi)存的大小, 總共能夠存儲多少預(yù)編譯的 PHP 代碼(單位:MB)
; 推薦 128
opcache.memory_consumption=64

; Zend Optimizer + 暫存池中字符串的占內(nèi)存總量.(單位:MB)
; 推薦 8
opcache.interned_strings_buffer=4


; 最大緩存的文件數(shù)目 200  到 100000 之間
; 推薦 4000
opcache.max_accelerated_files=2000

; 內(nèi)存“浪費(fèi)”達(dá)到此值對應(yīng)的百分比,就會發(fā)起一個(gè)重啟調(diào)度.
opcache.max_wasted_percentage=5

; 開啟這條指令, Zend Optimizer + 會自動(dòng)將當(dāng)前工作目錄的名字追加到腳本鍵上,
; 以此消除同名文件間的鍵值命名沖突.關(guān)閉這條指令會提升性能,
; 但是會對已存在的應(yīng)用造成破壞.
opcache.use_cwd=0


; 開啟文件時(shí)間戳驗(yàn)證
opcache.validate_timestamps=1


; 2s檢查一次文件更新 注意:0是一直檢查不是關(guān)閉
; 推薦 60
opcache.revalidate_freq=2

; 允許或禁止在 include_path 中進(jìn)行文件搜索的優(yōu)化
;opcache.revalidate_path=0


; 是否保存文件/函數(shù)的注釋   如果apigen、Doctrine、 ZF2、 PHPUnit需要文件注釋
; 推薦 0
opcache.save_comments=1

; 是否加載文件/函數(shù)的注釋
;opcache.load_comments=1


; 打開快速關(guān)閉, 打開這個(gè)在PHP Request Shutdown的時(shí)候會收內(nèi)存的速度會提高
; 推薦 1
opcache.fast_shutdown=1

;允許覆蓋文件存在（file_exists等）的優(yōu)化特性。
;opcache.enable_file_override=0


; 定義啟動(dòng)多少個(gè)優(yōu)化過程
;opcache.optimization_level=0xffffffff


; 啟用此Hack可以暫時(shí)性的解決”can’t redeclare class”錯(cuò)誤.
;opcache.inherited_hack=1

; 啟用此Hack可以暫時(shí)性的解決”can’t redeclare class”錯(cuò)誤.
;opcache.dups_fix=0

; 設(shè)置不緩存的黑名單
; 不緩存指定目錄下cache_開頭的PHP文件. /png/www/example.com/public_html/cache/cache_
;opcache.blacklist_filename=


; 通過文件大小屏除大文件的緩存.默認(rèn)情況下所有的文件都會被緩存.
;opcache.max_file_size=0

; 每 N 次請求檢查一次緩存校驗(yàn).默認(rèn)值0表示檢查被禁用了.
; 由于計(jì)算校驗(yàn)值有損性能,這個(gè)指令應(yīng)當(dāng)緊緊在開發(fā)調(diào)試的時(shí)候開啟.
;opcache.consistency_checks=0

; 從緩存不被訪問后,等待多久后(單位為秒)調(diào)度重啟
;opcache.force_restart_timeout=180

; 錯(cuò)誤日志文件名.留空表示使用標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出(stderr).
;opcache.error_log=


; 將錯(cuò)誤信息寫入到服務(wù)器(Apache等)日志
;opcache.log_verbosity_level=1

; 內(nèi)存共享的首選后臺.留空則是讓系統(tǒng)選擇.
;opcache.preferred_memory_model=

; 防止共享內(nèi)存在腳本執(zhí)行期間被意外寫入, 僅用于內(nèi)部調(diào)試.
;opcache.protect_memory=0