深入理解PHP Opcode缓存原理

转自：https://blog.linuxeye.com/361.html

什么是opcode缓存？

当解释器完成对脚本代码的分析后，便将它们生成可以直接运行的中间代码，也称为操作码（Operate Code，opcode）。Opcode cache的目地是避免重复编译，减少CPU和内存开销。如果动态内容的性能瓶颈不在于CPU和内存，而在于I/O操作，比如数据库查询带来的磁盘I/O开销，那么opcode cache的性能提升是非常有限的。但是既然opcode cache能带来CPU和内存开销的降低，这总归是好事。

现代操作码缓存器（Optimizer+，APC2.0+，其他）使用共享内存进行存储，并且可以直接从中执行文件，而不用在执行前“反序列化”代码。这将带来显着的性能加速，通常降低了整体服务器的内存消耗，而且很少有缺点。

为什么要使用Opcode缓存？

这得从PHP代码的生命周期说起，请求PHP脚本时，会经过五个步骤，如下图所示：




Zend引擎必须从文件系统读取文件、扫描其词典和表达式、解析文件、创建要执行的计算机代码（称为Opcode），最后执行Opcode。每一次请求PHP脚本都会执行一遍以上步骤，如果PHP源代码没有变化，那么Opcode也不会变化，显然没有必要每次都重行生成Opcode，结合在Web中无所不在的缓存机制，我们可以把Opcode缓存下来，以后直接访问缓存的Opcode岂不是更快，启用Opcode缓存之后的流程图如下所示：

有那些PHP opcode缓存插件？

Optimizer+（Optimizer+于2013年3月中旬改名为Opcache，PHP 5.5集成Opcache，其他的会不会消失？）、eAccelerator、xcache、APC ...

PHP opcode原理

Opcode是一种PHP脚本编译后的中间语言，就像Java的ByteCode,或者.NET的MSL，举个例子，比如你写下了如下的PHP代码：

<?php
   echo "Hello World";
   $a = 1 + 1;
   echo $a;
?>

PHP执行这段代码会经过如下4个步骤(确切的来说，应该是PHP的语言引擎Zend)

Scanning(Lexing) ,将PHP代码转换为语言片段(Tokens)
Parsing, 将Tokens转换成简单而有意义的表达式
Compilation, 将表达式编译成Opocdes
Execution, 顺次执行Opcodes，每次一条，从而实现PHP脚本的功能
题外话：现在有的Cache比如APC,可以使得PHP缓存住Opcodes，这样，每次有请求来临的时候，就不需要重复执行前面3步，从而能大幅的提高PHP的执行速度。

那什么是Lexing? 学过编译原理的同学都应该对编译原理中的词法分析步骤有所了解，Lex就是一个词法分析的依据表。 Zend/zend_language_scanner.c会根据Zend/zend_language_scanner.l(Lex文件),来输入的 PHP代码进行词法分析，从而得到一个一个的“词”，PHP4.2开始提供了一个函数叫token_get_all,这个函数就可以讲一段PHP代码 Scanning成Tokens；

如果用这个函数处理我们开头提到的PHP代码，将会得到如下结果:

Array
(
    [0] => Array
        (
           [0] => 367
           [1] => Array
        (
            [0] => 316
            [1] => echo
        )
    [2] => Array
        (
            [0] => 370
            [1] =>
        )
    [3] => Array
        (
            [0] => 315
            [1] => "Hello World"
        )
    [4] => ;
    [5] => Array
        (
            [0] => 370
            [1] =>
        )
    [6] => =
    [7] => Array
        (
            [0] => 370
            [1] =>
        )
    [8] => Array
        (
            [0] => 305
            [1] => 1
        )
    [9] => Array
        (
            [0] => 370
            [1] =>
        )
    [10] => +
    [11] => Array
        (
            [0] => 370
            [1] =>
        )
    [12] => Array
        (
            [0] => 305
            [1] => 1
        )
    [13] => ;
    [14] => Array
        (
            [0] => 370
            [1] =>
        )
    [15] => Array
        (
            [0] => 316
            [1] => echo
        )
    [16] => Array
        (
            [0] => 370
            [1] =>
        )
    [17] => ;
)

分析这个返回结果我们可以发现，源码中的字符串，字符，空格，都会原样返回。每个源代码中的字符，都会出现在相应的顺序处。而，其他的比如标签，操作符，语句，都会被转换成一个包含俩部分的Array: Token ID (也就是在Zend内部的改Token的对应码，比如,T_ECHO,T_STRING)，和源码中的原来的内容。

接下来，就是Parsing阶段了，Parsing首先会丢弃Tokens Array中的多于的空格，然后将剩余的Tokens转换成一个一个的简单的表达式

echo a constant string
add two numbers together
store the result of the prior expression to a variable
echo a variable

然后就改Compilation阶段了，它会把Tokens编译成一个个op_array, 每个op_arrayd包含如下5个部分：

Opcode数字的标识，指明了每个op_array的操作类型，比如add , echo
结果 存放Opcode结果
操作数1 给Opcode的操作数
操作数2
扩展值1个整形用来区别被重载的操作符

比如，我们的PHP代码会被Parsing成:

* ZEND_ECHO 'Hello World'
* ZEND_ADD ~0 1 1
* ZEND_ASSIGN !0 ~0
* ZEND_ECHO !0

你可能会问了，我们的$a去那里了？

这个要介绍操作数了，每个操作数都是由以下俩个部分组成：

op_type : 为IS_CONST, IS_TMP_VAR, IS_VAR, IS_UNUSED, or IS_CV b)
u,一个联合体，根据op_type的不同，分别用不同的类型保存了这个操作数的值(const)或者左值(var)
而对于var来说，每个var也不一样

IS_TMP_VAR, 顾名思义，这个是一个临时变量，保存一些op_array的结果，以便接下来的op_array使用，这种的操作数的u保存着一个指向变量表的一个句柄（整数），这种操作数一般用~开头，比如~0,表示变量表的0号未知的临时变量

IS_VAR 这种就是我们一般意义上的变量了,他们以$开头表示

IS_CV 表示ZE2.1/PHP5.1以后的编译器使用的一种cache机制，这种变量保存着被它引用的变量的地址，当一个变量第一次被引用的时候，就会被CV起来，以后对这个变量的引用就不需要再次去查找active符号表了，CV变量以！开头表示。

这么看来，我们的$a被优化成!0了。

参考：http://www.laruence.com/2008/06/18/221.html

不同于APC, O+除了是Opcodes Cache以外, 还做了很多的Opcodes优化, 这个PPT就是主要列举了一下主要的优化们.

也不同于eacc, O+做的优化更多一些.

这个特性, 就使得O+要比APC快不少, 从Benchmark来看(Zend/bench.php), O+能节省5%的CPU IR, 能快7%以上.

另外就是, 随着Opcache进入PHP源代码树, APC我们也就不在做更新了, 主要的精力都迁移到了O+的进一步开发上.

所以, 建议大家都切换O+吧(支持5.2 到最新的5.5). 基本上只需要改一个配置, 你就能得到性能提升, 何乐而不为呢? 是吧.

一个Opcache的推荐配置:

zend_extension=opcache.so
opcache.enable_cli=1
opcache.memory_consumption=128 //共享内存大小, 这个根据你们的需求可调
opcache.interned_strings_buffer=8 //interned string的内存大小, 也可调
opcache.max_accelerated_files=4000 //最大缓存的文件数目
opcache.revalidate_freq=60 //60s检查一次文件更新
opcache.fast_shutdown=1 //打开快速关闭, 打开这个在PHP Request Shutdown的时候
// 会收内存的速度会提高
opcache.save_comments=0 //不保存文件/函数的注释

参考：http://www.laruence.com/2013/11/11/2928.html