Alibaba の技術記事: Node.js と PHP プロセス管理の簡単な説明

周知のとおり、音楽業界における Wang Feng の地位と同様に、PHP はサーバーサイド プログラミング言語の半分を占めています。 Node.js が徐々にサーバーサイド プログラミングの段階に入るにつれて、PHP と Node.js の長所と短所についての議論が止まらなくなりました。

独占的な市場シェアは、PHP の優秀性を証明するのに十分です。また、HHVM 仮想マシンと PHP 7 の革新により、PHP のパフォーマンスに飛躍的な進歩がもたらされました。ただし、言語レベルでのパフォーマンスの違いについて口うるさく言うと、パフォーマンスにおける Web モデルの重要性を見落とすことがよくあります。

CGI から FastCGI へ

初期の Web サービスは、従来の CGI プロトコルに基づいて実装されました。サーバーに送信されるすべてのリクエストは、プロセスの開始、リクエストの処理、プロセスの終了という 3 つのステップを経る必要があります。その結果、アクセス量が増加すると、システム リソース (メモリ、CPU など) のオーバーヘッドが増加します。 .) も大きく、サーバーのパフォーマンスが低下し、サービスが中断されることもあります。

図 1: 単純な CGI プロセス図

CGI プロトコルでは、パーサーの繰り返しロードがパフォーマンス低下の主な原因です。パーサー プロセスがメモリ内に常駐できる場合は、一度起動するだけでよく、毎回プロセスをフォークし直す必要がなく、常に実行できます。これが FastCGI プロトコルの誕生です。

FastCGI がこれのみを実行する場合、基本的に Node.js の単一プロセス、単一スレッド モデルと一致します。Node.js プロセスは開始後も実行され続け、すべてのリクエストは によって受信され、処理されます。リクエストによって不明なエラーが発生すると、プロセスが終了する可能性があります。

実際、FastCGI はそれほど単純ではありません。サービスの安定性を確保するために、マルチプロセス スケジューリング モードに設計されています。

図 2 : Nginx + FastCGI 実行プロセス

このプロセスは 3 つのステップとしても説明できます。

• まず、FastCGI プロセス マネージャーを初期化し、複数の CGI インタープリター サブプロセスを開始します。
次に、リクエストが Web サーバーに到着すると、プロセス マネージャーは子プロセスを選択して接続し、それに環境変数と標準入力を送信し、処理完了後に標準出力とエラー情報を Web サーバーに返します。 🎜>
• 最終的に、子プロセスは接続を閉じ、次のリクエストの到着を待ち続けます。
child_process からクラスターへ

戻って見てみましょう。 Node.jsのプロセス管理方法。

ネイティブ Node.js の単一プロセス、単一スレッド モデルは批判されやすい点です。また、このメカニズムにより、Node.js は本質的にシングルコア CPU のみをサポートし、マルチコア リソースを効果的に利用できないことが決まり、プロセスがクラッシュすると Web サービス全体も崩壊します。

図 3: 単純な Node.js リクエスト モデル

CGI と同様、単一プロセスは、実際のサービスでは常に信頼性の低さと安定性の低さの問題に直面します。本番環境では、この弱点は非常に致命的です。コード自体が十分に堅牢であれば、エラーはある程度回避できますが、テスト作業にはより高い要件が課せられます。実際には、コードを 100% 完璧にすることを避けることはできません。テスト ケースを作成するのは簡単なこともありますが、人間の目視検査に頼るしかないものもあります。

幸いなことに、Node.js には child_process モジュールが用意されており、フォークするだけで自由に子プロセスを作成できます。各 CPU に子プロセスが割り当てられている場合、マルチコアの使用率は完全に達成されます。同時に、child_process モジュール自体は基本クラス EventEmitter を継承しているため、プロセス間のイベント駆動型通信は非常に効率的です。

図 4: シンプルな Node.js マスター-ワーカー モデル (Taojie Laoshi の写真)

複雑な父-子プロセス モデルの実装を簡素化するために、次に、Node .js はクラスター モジュールをカプセル化し、負荷分散、リソースのリサイクル、プロセス デーモンなど、すべてを乳母のように静かに処理するのに役立ちます。特定の技術的な詳細については、Taojie Laoshi の「クラスターについて話すとき、私たちは何について話しているのか (パート 1)」および「クラスターについて話しているとき、私たちは何について話しているのか (パート 2)」を参照してください。これらには、すべての推論と説明が含まれています。クラスター ソリューションの実装については、ここでは詳しく説明しません。

Node.js では、マルチコア クラスター上でアプリケーションを実行するために必要なコードは数行だけで、すべて問題なく実行できます。

var cluster = require('cluster');var os = require('os');if (cluster.isMaster) {    for (var i = 0, n = os.cpus().length; i < n; i ++) {        cluster.fork();    }} else {    // 启动应用...}

PHP-FPM の固有の欠陥

PHP-FPM は、PHP 固有の FastCGI プロトコルの実装であり、さまざまなサーバーサイド アプリケーション (SAPI: cgi、fast) における PHP のアプリケーション プログラミング ポートでもあります。 -cgi、cli、isapi、apache) は、最も一般的に使用され、最もパフォーマンスの高いプロセス マネージャーです。また、Node.js と同様の親子プロセス管理モデルを実装し、Web サービスの信頼性と高いパフォーマンスを保証します。

PHP-FPM このモデルは非常に典型的なマルチプロセス同期モデルです。つまり、1 つのリクエストが 1 つのプロセス スレッドに対応し、IO が同期的にブロックされます。したがって、PHP-FPM は独立した CGI プロセス プールを維持し、プロセスのライフ サイクルを容易に管理できますが、Node.js のような巨大なリクエスト プレッシャーに耐えることはできない運命にあります。

サーバーのハードウェア機能に応じて、PHP-FPM は適切な php-fpm.conf 構成を指定する必要があります。

pm.max_children # 子进程最大数pm.start_servers # 启动时的子进程数pm.min_spare_servers # 最小空闲进程数，空闲进程不够时自动补充pm.max_spare_servers # 最大空闲进程数，空闲进程超过时自动清理pm.max_requests = 1000 # 子进程请求数阈值，超过后自动回收

和 JS 不一样的是，PHP 进程本身并不存在内存泄露的问题，每个进程完成请求处理后会回收内存，但是并不会释放给操作系统，这就导致大量内存被 PHP-FPM 占用而无法释放，请求量升高时性能骤降。

所以 PHP-FPM 需要控制单个子进程请求次数的阈值。很多人会误以为 max_requests 控制了进程的并发连接数，实际上 PHP-FPM 模式下的进程是单一线程的，请求无法并发。这个参数的真正意义是提供请求计数器的功能，超过阈值数目后自动回收，缓解内存压力。

或许你已经发现了问题的关键：尽管 PHP-FPM 架构卓越，但还是卡在单一进程的性能上了。

Node.js 天生没有这个问题，而 PHP-FPM 却无法保证，它的稳定性受制于硬件设施和配置文件的契合度，以及 Web 服务器（通常是 Nginx）对 PHP-FPM 服务的负载调度能力。

ReactPHP，事件驱动，异步执行，非阻塞 IO

对 PHP 7 的狂热掩盖了 Node.js 带来的猛烈冲击。当大家还沉醉在如何选择 HHVM 还是 PHP 7 的时候，ReactPHP 也在茁壮成长，它彻彻底底抛弃了 nginx + php-fpm 的传统架构，转而模仿并接纳了 Node.js 的事件驱动和非阻塞 IO 模型，甚至连副标题，都起得一毛一样：

Event-driven, non-blocking I/O with PHP.

鉴于大家都比较了解 Node.js，对 ReactPHP 的原理就不再赘述了，我们可以认为它就是个 PHP 版的 Node.js。拿它和传统架构（Nginx + PHP-FPM，公平起见，PHP-FPM 只开一个进程）去做对比，结果是这样的：

图 5：输出“Hello World”时的 QPS 曲线

图 6：查询 SQL 时的 QPS 曲线

我们可以看到，当事件驱动、异步执行、非阻塞 IO 被移植嫁接到 PHP 上后，即便没了 PHP-FPM 支撑，QPS 曲线依然不错，在 IO 密集型的场景下，性能甚至得到了成倍成倍的提升。

事件和异步回调机制真是太赞了，它巧妙地将大规模并发、大吞吐量时的拥堵化解为一个异步事件队列，然后挨个解决阻塞（如文件读取，数据库查询等）。

针对单进程模型的吐槽，或许有些偏激。不过显而易见的事实是，单进程模型的可靠性，在 Web 服务器和进程管理器层面是有很大的优化空间的，而高并发的处理能力取决于语言特性，说白了就是事件和异步的支持。

这两点想必是让 Node.js 天生骄傲的事情，但在 PHP 里没有得到原生支持，只能通过模拟步进操作的方式来支持类似 Node.js 的事件机制，所以 ReactPHP 其实也并没有想象中那么完美。

结束语

大部分时候，当我们比较语言优劣，容易局限在语言本身，而忽视了配套的一些关键因素。

就拿 PHP 来说，这两年听到了太多关于即时编译器（JIT）、opcode 缓存、抽象语法树（AST）、HHVM 等等之类的话题。当这些优化逐步完备，语言层面的问题，早已不再是 Web 性能的短板了。如果实在不行，我们还可以把复杂任务交给 C 和 C++，以 Node.js addon 或者 PHP 扩展的形式，轻轻松松就搞定了。

都说 PHP 是“世界上最好的语言”，既然如此，也是时候学习下 Node.js 事件驱动和异步回调，考虑考虑如何对 PHP-FPM 进行大刀阔斧的革新。毕竟不管是 Node.js 还是 PHP，我们所擅长的地方，终将还是 Web，高性能的 Web。