PHP内核探索 —— 从SAPI接口开始

SAPI:Server Application Programming Interface 服务器端应用编程端口。研究过PHP架构的同学应该知道这个东东的重要性，它提供了一个接口，使得PHP可以和其他应用进行交互数据。本文不会详细介绍每个PHP的SAPI，只是针对最简单的CGI SAPI，来说明SAPI的机制。

我们先来看看PHP的架构图：

2012_02_02_01

SAPI指的是PHP具体应用的编程接口，就像PC一样，无论安装哪些操作系统，只要满足了PC的接口规范都可以在PC上正常运行， PHP脚本要执行有很多种方式，通过Web服务器，或者直接在命令行下，也可以嵌入在其他程序中。

通常，我们使用Apache或者Nginx这类Web服务器来测试PHP脚本，或者在命令行下通过PHP解释器程序来执行。脚本执行完后，Web服务器应答，浏览器显示应答信息，或者在命令行标准输出上显示内容。

我们很少关心PHP解释器在哪里。虽然通过Web服务器和命令行程序执行脚本看起来很不一样，实际上它们的工作流程是一样的。命令行参数传递给PHP解释器要执行的脚本，相当于通过url请求一个PHP页面。脚本执行完成后返回响应结果，只不过命令行的响应结果是显示在终端上。

脚本执行的开始都是以SAPI接口实现开始的。只是不同的SAPI接口实现会完成他们特定的工作，例如Apache的mod_php SAPI实现需要初始化从Apache获取的一些信息，在输出内容是将内容返回给Apache，其他的SAPI实现也类似。

SAPI提供了一个和外部通信的接口，对于PHP5.2，默认提供了很多种SAPI，常见的给apache的mod_php5，CGI，给IIS的ISAPI，还有Shell的CLI，本文就从CGI SAPI入手，介绍SAPI的机制。虽然CGI简单，但是不用担心，它包含了绝大部分内容，足以让你深刻理解SAPI的工作原理。

要定义个SAPI，首先要定义个sapi_module_struct, 查看 PHP-SRC/sapi/cgi/cgi_main.c：

*/
static sapi_module_struct cgi_sapi_module = {
#if PHP_FASTCGI
    "cgi-fcgi",                     /* name */
    "CGI/FastCGI",                  /* pretty name */
#else
    "cgi",                          /* name */
    "CGI",                          /* pretty name */
#endif

    php_cgi_startup,                /* startup */
    php_module_shutdown_wrapper,    /* shutdown */

    NULL,                           /* activate */
    sapi_cgi_deactivate,            /* deactivate */

    sapi_cgibin_ub_write,           /* unbuffered write */
    sapi_cgibin_flush,              /* flush */
    NULL,                           /* get uid */
    sapi_cgibin_getenv,             /* getenv */

    php_error,                      /* error handler */

    NULL,                           /* header handler */
    sapi_cgi_send_headers,          /* send headers handler */
    NULL,                           /* send header handler */

    sapi_cgi_read_post,             /* read POST data */
    sapi_cgi_read_cookies,          /* read Cookies */

    sapi_cgi_register_variables,    /* register server variables */
    sapi_cgi_log_message,           /* Log message */
    NULL,                           /* Get request time */

    STANDARD_SAPI_MODULE_PROPERTIES
};

这个结构，包含了一些常量，比如name, 这个会在我们调用php_info()的时候被使用。一些初始化，收尾函数，以及一些函数指针，用来告诉Zend，如何获取，和输出数据。

1. php_cgi_startup，当一个应用要调用PHP的时候，这个函数会被调用，对于CGI来说，它只是简单的调用了PHP的初始化函数：

static int php_cgi_startup(sapi_module_struct *sapi_module)
{
    if (php_module_startup(sapi_module, NULL, 0) == FAILURE) {
        return FAILURE;
    }
    return SUCCESS;
}

2. php_module_shutdown_wrapper ，一个对PHP关闭函数的简单包装。只是简单的调用php_module_shutdown;

3. PHP会在每个request的时候，处理一些初始化，资源分配的事务。这部分就是activate字段要定义的，从上面的结构我们可以看出，对于CGI来说，它并没有提供初始化处理句柄。对于mod_php5来说，那就不同了，他要在apache的pool中注册资源析构函数，申请空间，初始化环境变量，等等。

4. sapi_cgi_deactivate, 这个是对应与activate的函数，顾名思义，它会提供一个handler, 用来处理收尾工作，对于CGI来说，他只是简单的刷新缓冲区，用以保证用户在Zend关闭前得到所有的输出数据：

static int sapi_cgi_deactivate(TSRMLS_D)
{
    /* flush only when SAPI was started. The reasons are:
        1. SAPI Deactivate is called from two places: module init and request shutdown
        2. When the first call occurs and the request is not set up, flush fails on
            FastCGI.
    */
    if (SG(sapi_started)) {
        sapi_cgibin_flush(SG(server_context));
    }
    return SUCCESS;
}

5. sapi_cgibin_ub_write, 这个hanlder告诉了Zend，如何输出数据，对于mod_php5来说，这个函数提供了一个向response数据写的接口，而对于CGI来说，只是简单的写到stdout：

static inline size_t sapi_cgibin_single_write(const char *str, uint str_length TSRMLS_DC)
{
#ifdef PHP_WRITE_STDOUT
    long ret;
#else
    size_t ret;
#endif

#if PHP_FASTCGI
    if (fcgi_is_fastcgi()) {
        fcgi_request *request = (fcgi_request*) SG(server_context);
        long ret = fcgi_write(request, FCGI_STDOUT, str, str_length);
        if (ret <= 0) {
            return 0;
        }
        return ret;
    }
#endif
#ifdef PHP_WRITE_STDOUT
    ret = write(STDOUT_FILENO, str, str_length);
    if (ret <= 0) return 0;
    return ret;
#else
    ret = fwrite(str, 1, MIN(str_length, 16384), stdout);
    return ret;
#endif
}

static int sapi_cgibin_ub_write(const char *str, uint str_length TSRMLS_DC)
{
    const char *ptr = str;
    uint remaining = str_length;
    size_t ret;

    while (remaining > 0) {
        ret = sapi_cgibin_single_write(ptr, remaining TSRMLS_CC);
        if (!ret) {
            php_handle_aborted_connection();
            return str_length - remaining;
        }
        ptr += ret;
        remaining -= ret;
    }

    return str_length;
}

把真正的写的逻辑剥离出来，就是为了简单实现兼容fastcgi的写方式。

6. sapi_cgibin_flush, 这个是提供给zend的刷新缓存的函数句柄，对于CGI来说，只是简单的调用系统提供的fflush;

7.NULL，这部分用来让Zend可以验证一个要执行脚本文件的state，从而判断文件是否据有执行权限等等，CGI没有提供。

8. sapi_cgibin_getenv, 为Zend提供了一个根据name来查找环境变量的接口，对于mod_php5来说，当我们在脚本中调用getenv的时候，就会间接的调用这个句柄。而对于CGI来说，因为他的运行机制和CLI很类似，直接调用父级是Shell，所以，只是简单的调用了系统提供的genenv:

static char *sapi_cgibin_getenv(char *name, size_t name_len TSRMLS_DC)
{
#if PHP_FASTCGI
    /* when php is started by mod_fastcgi, no regular environment
       is provided to PHP.  It is always sent to PHP at the start
       of a request.  So we have to do our own lookup to get env
       vars.  This could probably be faster somehow.  */
    if (fcgi_is_fastcgi()) {
        fcgi_request *request = (fcgi_request*) SG(server_context);
        return fcgi_getenv(request, name, name_len);
    }
#endif
    /*  if cgi, or fastcgi and not found in fcgi env
        check the regular environment */
    return getenv(name);
}

9. php_error, 错误处理函数, 到这里，说几句题外话，上次看到php maillist 提到的使得PHP的错误处理机制完全OO化，也就是，改写这个函数句柄，使得每当有错误发生的时候，都throw一个异常。而CGI只是简单的调用了PHP提供的错误处理函数。

10. 这个函数会在我们调用PHP的header()函数的时候被调用，对于CGI来说，不提供。

11. sapi_cgi_send_headers, 这个函数会在要真正发送header的时候被调用，一般来说，就是当有任何的输出要发送之前：

static int sapi_cgi_send_headers(sapi_headers_struct *sapi_headers TSRMLS_DC)
{
    char buf[SAPI_CGI_MAX_HEADER_LENGTH];
    sapi_header_struct *h;
    zend_llist_position pos;

    if (SG(request_info).no_headers == 1) {
        return  SAPI_HEADER_SENT_SUCCESSFULLY;
    }

    if (cgi_nph || SG(sapi_headers).http_response_code != 200)
    {
        int len;

        if (rfc2616_headers && SG(sapi_headers).http_status_line) {
            len = snprintf(buf, SAPI_CGI_MAX_HEADER_LENGTH,
                           "%s\r\n", SG(sapi_headers).http_status_line);

            if (len > SAPI_CGI_MAX_HEADER_LENGTH) {
                len = SAPI_CGI_MAX_HEADER_LENGTH;
            }

        } else {
            len = sprintf(buf, "Status: %d\r\n", SG(sapi_headers).http_response_code);
        }

        PHPWRITE_H(buf, len);
    }

    h = (sapi_header_struct*)zend_llist_get_first_ex(&sapi_headers->headers, &pos);
    while (h) {
        /* prevent CRLFCRLF */
        if (h->header_len) {
            PHPWRITE_H(h->header, h->header_len);
            PHPWRITE_H("\r\n", 2);
        }
        h = (sapi_header_struct*)zend_llist_get_next_ex(&sapi_headers->headers, &pos);
    }
    PHPWRITE_H("\r\n", 2);

    return SAPI_HEADER_SENT_SUCCESSFULLY;
   }

12. NULL, 这个用来单独发送每一个header, CGI没有提供

13. sapi_cgi_read_post, 这个句柄指明了如何获取POST的数据，如果做过CGI编程的话，我们就知道CGI是从stdin中读取POST DATA的：

static int sapi_cgi_read_post(char *buffer, uint count_bytes TSRMLS_DC)
{
    uint read_bytes=0, tmp_read_bytes;
#if PHP_FASTCGI
    char *pos = buffer;
#endif

    count_bytes = MIN(count_bytes, (uint) SG(request_info).content_length - SG(read_post_bytes));
    while (read_bytes < count_bytes) {
#if PHP_FASTCGI
        if (fcgi_is_fastcgi()) {
            fcgi_request *request = (fcgi_request*) SG(server_context);
            tmp_read_bytes = fcgi_read(request, pos, count_bytes - read_bytes);
            pos += tmp_read_bytes;
        } else {
            tmp_read_bytes = read(0, buffer + read_bytes, count_bytes - read_bytes);
        }
#else
        tmp_read_bytes = read(0, buffer + read_bytes, count_bytes - read_bytes);
#endif

        if (tmp_read_bytes <= 0) {
            break;
        }
        read_bytes += tmp_read_bytes;
    }
    return read_bytes;
}

14. sapi_cgi_read_cookies, 这个和上面的函数一样，只不过是去获取cookie值：

static char *sapi_cgi_read_cookies(TSRMLS_D)
{
    return sapi_cgibin_getenv((char *) "HTTP_COOKIE", sizeof("HTTP_COOKIE")-1 TSRMLS_CC);
}

15. sapi_cgi_register_variables, 这个函数给了一个接口，用以给$_SERVER变量中添加变量，对于CGI来说，注册了一个PHP_SELF,这样我们就可以在脚本中访问$_SERVER['PHP_SELF']来获取本次的request_uri：

static void sapi_cgi_register_variables(zval *track_vars_array TSRMLS_DC)
{
    /* In CGI mode, we consider the environment to be a part of the server
     * variables
     */
    php_import_environment_variables(track_vars_array TSRMLS_CC);
    /* Build the special-case PHP_SELF variable for the CGI version */
    php_register_variable("PHP_SELF", (SG(request_info).request_uri ? SG(request_info).request_uri : ""), track_vars_array TSRMLS_CC);
}

16. sapi_cgi_log_message ，用来输出错误信息，对于CGI来说，只是简单的输出到stderr：

static void sapi_cgi_log_message(char *message)
{
#if PHP_FASTCGI
    if (fcgi_is_fastcgi() && fcgi_logging) {
        fcgi_request *request;
        TSRMLS_FETCH();

        request = (fcgi_request*) SG(server_context);
        if (request) {
            int len = strlen(message);
            char *buf = malloc(len+2);

            memcpy(buf, message, len);
            memcpy(buf + len, "\n", sizeof("\n"));
            fcgi_write(request, FCGI_STDERR, buf, len+1);
            free(buf);
        } else {
            fprintf(stderr, "%s\n", message);
        }
        /* ignore return code */
    } else
#endif /* PHP_FASTCGI */
    fprintf(stderr, "%s\n", message);
}

经过分析，我们已经了解了一个SAPI是如何实现的了，分析过CGI以后，我们也就可以想象mod_php5, embed等SAPI的实现机制。

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