LAMP/LNMP服务器搭建：图文解析相关概念关系

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一、简介

搭建 LAMP/LNMP 服务器时，常常会碰到 CGI、FastCGI 以及 PHP-FPM 等几个相关概念。倘若对这些概念了解得不够深入，就很难搭建出高性能的服务器。本文将以图文的方式，对这些概念之间的关系进行解释。

在这之前，先了解一下相关的概念。

二、相关概念

1、Web 服务器

Web 服务器的作用是处理 html 等静态资源，以便客户能够通过浏览器来进行访问。主流的 Web 服务器包含 Apache、IIS、Nginx、Lighttpd 等。

2、SAPI

SAPI 是服务器应用程序编程接口，它是一个 PHP 与其他应用进行交互的接口。PHP 脚本有很多种执行方式，其一可以通过 Web 服务器来执行，其二可以直接在命令行下执行，其三还可以嵌入在其他程序中。SAPI 在这儿所起到的作用，是提供了一个能与外部应用（例如 Nginx 服务器）进行通信的接口，这样一来，PHP 就能够和其他应用进行数据交互。

PHP 本身可被理解为是一个能提供语言编译与执行服务的库函数，它具备标准的输入和输出。SAPI 是 PHP 的接入层，它会接收用户的请求，接着调用 PHP 内核所提供的一些接口来完成 PHP 脚本的执行。因此，从严格意义上来说，SAPI 并不能算作 PHP 内核的一部分。

PHP 常用的 SAPI 包含 CGI、FastCGI、apache2handler、CLI 等。CLI 可在命令行下执行 PHP 脚本，它是单进程的，其处理模型较为简单。而 CGI 和 FastCGI 相对更为复杂，它们实现了网络处理模块，以便与 web 服务器进行交互。

查看 PHP 源码的/sapi 目录，能够方便地查看到当前 PHP 版本所支持的 SAPI 有哪些。例如：

在[d:\Downloads\php-8.1.2\sapi]路径下执行 list 操作。
- 可以在这个目录中找到与不同服务器环境适配的 sapi 实现。
Name 相关信息，Host 相关信息，Protocol 相关信息，User Name 相关信息。
请提供需要改写的句子呀，你没有给出具体的内容呢。
apache2handler/
cgi/
cli/
embed/
fpm/
fuzzer/
litespeed/
phpdbg/

3、Zend

Zend 是 PHP 语言中极为重要的部分，同时也是 PHP 最基础、最核心的部分，其源码位于 /Zend 目录下。PHP 代码从开始编译到最终执行，整个过程都是由 Zend 来完成的。Zend 整体是由两个部分构成的：

三、工作原理

1、静态请求

早期的 Web 服务会按照客户端的请求，把保存在 Web 服务器硬盘里的数据转发过去。在这种情况下，客户端每次获取的信息都是相同的内容，像图片、css 文件、HTML 文件等这些都是静态请求。

2、CGI 模式

通常客户端的请求会被 Web 服务器截获。若为静态请求，Web 服务器（例如：nginx）会自行进行处理。要是为动态请求，就会抛给后端应用服务器（例如：php-cgi）去处理。所以，在 web 服务器与应用服务器之间如何进行通信成为了主要的问题，而这正是 SAPI 的作用。CGI 是 SAPI 规范中的一种，php-cgi 是 CGI 的具体实现。

CGI 即通用网关接口规范。此规范详细地阐述了在获取及返回数据的过程中，Web 服务器（例如：nginx）与后端应用服务器（例如：php-cgi）传输数据的标准。（就如同 Web 浏览器与 Web 服务器进行数据交换所遵循的协议是 HTTP 协议一样）

也就是说，CGI 就是专门用来和 Web 服务器打交道的。Web 服务器一旦收到用户的请求，就会把该请求提交给 CGI 程序，比如 php-cgi。CGI 程序会依据请求提交的参数进行相应的处理，也就是对 php 进行解析。接着，CGI 程序会输出标准的 HTML 资源，之后将其返回给 Web 服务器。最后，Web 服务器再把这些资源返回给客户端。这便是 CGI 的工作原理。

CGI 程序能够用任何一种语言来编写，只要该语言具备标准输入、输出以及环境变量。CGI 的益处在于它完全独立于任何服务器，仅仅充当中间的角色。比如，它可以给 Nginx 和 php 提供接口。它们通过 CGI 进行连接从而完成数据的传递。这样做的好处是能够最大程度地减少这两个程序之间的关联，让它们变得更加独立。

3、FastCGI 模式

FastCGI 即快速通用网关接口，它是 CGI 的增强版本，是为了提升 CGI 的性能而产生的。

PHP-FPM 是 PHP 的 FastCGI 进程管理器。FastCGI 仅仅是一个协议规范，它需要某个程序来进行具体的实现，而 PHP-FPM 就是那个承担具体实现任务的程序。

在 CGI 模式里，CGI 程序也就是 php-cgi。对于每个 HTTP 请求，它会 fork 出一个新的 php-cgi 进程来进行处理，处理内容包括解析配置文件、初始化执行环境以及处理请求等。接着，把这个进程处理完的结果经由 Web 服务器转发给客户端，之后这个 php-cgi 进程就会退出。如果下次用户请求动态资源，CGI 程序会 fork 一个新的 php-cgi 进程。之后又会再次 fork 新的进程，如此不断循环。我们将这种情况称为 fork-and-execute 模式。在大规模并发的情况下，这种模式会显得很无力。

在 FastCGI 模式里，FastCGI 程序也就是 PHP-FPM 会先进行 fork 操作，生成一个 master 进程，接着对配置文件进行解析，同时初始化执行环境，之后再 fork 出多个 worker 进程。master 进程负责和 Web 服务器进行通信。当接收到 HTTP 请求后，master 进程会把它传递给一个空闲的 worker 进程。接着，master 进程能够立刻继续接受下一个请求。这样就避免了重复的初始化操作，效率自然得以提高。当 worker 进程数量不足时，master 进程能够依据配置预先启动若干个 worker 进程并等待；而当空闲的 worker 进程数量过多时，也会关闭一部分。这样做既提升了性能，又节省了系统资源。worker 进程的主要职责是调用 Zend 虚拟机来编译并执行 PHP 脚本的代码。在完成处理后，它会将处理结果返回给 Web 服务器。这便是 PHP-FPM 的基本工作原理。

在 Linux 环境下查看 PHP-FPM 的进程情况是这样的，其中第一个进程是 master 进程，而后面的那些进程则是 worker 进程。

在 /var/log 目录下，使用 ps aux 命令，然后通过管道将其输出传递给 grep fpm 命令，以查找相关进程信息。
root 进程，其进程号为 960，占用 CPU 比例为 0.0，内存占用比例为 0.2，内存使用量为 196284，虚拟内存大小为 9824，处于系统运行状态，启动时间为 10:52，运行时间为 0:00，该进程是 php-fpm 的主进程，其配置文件为 /etc/php/7.3/fpm/php-fpm.conf
www-data 运行着，其占用资源情况为 961，所占比例为 0.0 ，占用空间为 0.1 ，内存大小为 196284 ，使用的内存为 7504 ，所处位置为问号处，状态为 S ，启动时间为 10:52 ，运行时长为 0:00 ，执行的程序为 php-fpm ，其所属的池为 www
www-data 占用资源情况为 962，其资源使用比例为 0.0，占用空间为 0.1，总空间为 196284，实际使用空间为 7504，所处位置为问号标记处，其状态为 S，开始时间为 10:52，持续时间为 0:00，执行的任务是 php-fpm: pool www
www-data 占用资源情况为 963 ，其资源使用比例为 0.0 ，占用内存为 196284 ，使用的内存量为 7504 ，所处位置为问号处，状态为 S ，开始时间为 10:52 ，运行时长为 0:00 ，对应的是 php-fpm 中的 pool www 。
www-data 进程的相关信息如下：其进程号为 964，CPU 使用率为 0.0，内存使用率为 0.1，占用内存 196284，使用的内存为 7504，所在位置为问号处，状态为 S，启动时间为 10:52，运行时长为 0:00，正在运行 php-fpm：pool www 相关的任务。
www-data 的相关情况如下：其进程 ID 为 965，CPU 使用率为 0.0，内存使用率为 0.1，内存占用大小为 196284，内存使用量为 7508，所处位置为问号处，进程状态为 S，启动时间为 10:52，运行时间为 0:00，执行的是 php-fpm: pool www 这个操作。

详细步骤：

Web 服务器（Nginx）在启动时会载入 FastCGI 进程管理器（PHP-FPM）。FastCGI 进程管理器会进行自身的初始化操作。接着，它会启动多个 CGI 解释器进程（php-cgi）。之后，它会等待来自 Web Server 的连接。

当有 Web 服务器发出请求时，FastCGI 进程管理器会进行选择并与一个 CGI 解释器相连接。接着，Web 服务器会把 CGI 环境变量以及标准输入传递给 FastCGI 子进程 php-cgi。

FastCGI 子进程处理完毕后，会把标准输出和错误信息通过同一连接返还给 Web 服务器。当 FastCGI 子进程关闭连接时，就意味着该请求处理完毕了。（在 CGI 模式里，php-cgi 此时就会退出）

FastCGI 子进程处于等待状态，然后对来自 FastCGI 进程管理器的下一个连接进行处理。

FastCGI 就如同一个长期存在的 CGI 。它能够一直处于运行状态，一旦被激活，就无需每次都花费时间去进行 fork 操作。它还具备支持分布式运算的能力，也就是说 FastCGI 程序可以在网站服务器之外的主机上运行，并且能够接收来自其他网站服务器的请求。

FastCGI 是一种开放扩展。它与语言无关，具有可伸缩架构。其主要行为是把 CGI 进程保持在内存中，凭借此方式能获得较高的性能。大家都知道，CGI 程序反复加载会导致 CGI 性能低下。如果 CGI 进程能一直留在内存中，并且接受 FastCGI 进程管理器的调度，那么就能够提供良好的性能、具备良好的伸缩性以及具备 Fail-Over 特性等。

四、CGI 与 FastCGI 的区别

CGI 模式下，若直接将 php-cgi 进程杀死，那么 php 便无法运行。然而在 FastCGI 模式中，不存在这样的问题，其守护进程能够平稳地重新生成新的 php-cgi 子进程。

对于 CGI 而言，每一个 Web 请求到来时，PHP 都需要重新对 php.ini 进行解析，需要重新载入所有的扩展，并且要重新初始化全部的数据结构。然而，使用 FastCGI 的话，所有这些情况都仅仅在进程启动的时候发生一次。还有一个额外的益处，那就是持续数据库连接是可以正常工作的。

修改 php.ini 之后，php-cgi 进程无法实现平滑重启。php-fpm 的处理机制是，新的 worker 会采用新的配置，而已经存在的 worker 在处理完手头的工作后，就不再接受新的请求，并且会准备退出，通过这样的机制来实现平滑过渡。

因为 FastCGI 是多进程的，所以它比 CGI 会消耗更多的服务器内存。每个 php-cgi 解释器进程会消耗 7MB 至 25MB 的内存，把这个数字分别乘以 50 或者 100 的话，就会得到一个很大的内存数。

为了方便理解，以下是对相关概念的简单介绍：

五、参考

官方：

针对服务器的扩展：

FastCGI 进程管理器（FPM）：

PHP 的命令行模式：

php_sapi_name 函数：

程序猿专栏：

Fast CGI 工作原理：

nginx+php-fpm工作原理：

全面了解CGI、FastCGI、PHP-FPM：

避免PHP-FPM内存泄漏导致内存耗尽：

php-fpm的reload过程：

对于php-fpm和cgi，还有并发响应的理解：

深入理解PHP之：Nginx 与 FPM 的工作机制：

其它：

CGI综述：

php 有五大运行模式，分别是 CGI、FAST-CGI、CLI、ISAPI 和 APACHE 模式，下面来浅谈一下这些模式。

SSRF漏洞之FastCGI利用篇：

平滑重启更新（GR机制）：

nginx.conf中的fastcgi_pass：

PHP-FPM进程数的设定：

书籍：

《PHP7内核剖析》、《Modern PHP》