PHP的目录结构、设计理念以及核心架构

前一节：使用ext_skel,实现一个PHP扩展，试着使用 ext_skel 写了一个扩展，通过上一节可以大体了解自己如何写一个扩展。这一节主要介绍一下PHP的目录结构、设计理念以及核心架构。

一、PHP的目录结构

PHP源代码还包括在开发过程中生成的几个文件，以及在上游各自位置进行维护的几个部分。（注：PHP版本7.4.13）

<php-src>/
 ├─ .git/                           # Git configuration and source directory
 ├─ TSRM/                           # Thread Safe Resource Manager
 └─ Zend/                           # Zend Engine
    ├─ zend_vm_execute.h            # Generated by `Zend/zend_vm_gen.php`
    ├─ zend_vm_opcodes.c            # Generated by `Zend/zend_vm_gen.php`
    ├─ zend_vm_opcodes.h            # Generated by `Zend/zend_vm_gen.php`
    └─ ...
 ├─ appveyor/                       # Appveyor CI service files
 └─ build/                          # *nix build system files
    ├─ ax_*.m4                      # https://github.com/autoconf-archive/autoconf-archive
    ├─ config.guess                 # https://git.savannah.gnu.org/cgit/config.git
    ├─ config.sub                   # https://git.savannah.gnu.org/cgit/config.git
    ├─ libtool.m4                   # https://git.savannah.gnu.org/cgit/libtool.git
    ├─ ltmain.sh                    # https://git.savannah.gnu.org/cgit/libtool.git
    ├─ shtool                       # https://www.gnu.org/software/shtool/
    └─ ...
 ├─ docs/                           # PHP internals and repository documentation
 └─ ext/                            # PHP core extensions
    └─ bcmath/
       ├─ libbcmath/                # Forked and maintained in php-src
       └─ ...
    └─ curl/
       ├─ sync-constants.php        # The curl symbols checker
       └─ ...
    └─ date/
       └─ lib/                      # Bundled datetime library https://github.com/derickr/timelib
          ├─ parse_date.c           # Generated by re2c 0.15.3
          ├─ parse_iso_intervals.c  # Generated by re2c 0.15.3
          └─ ...
       └─ ...
    └─ ffi/
       ├─ ffi_parser.c              # Generated by https://github.com/dstogov/llk
       └─ ...
    └─ fileinfo/
       ├─ libmagic/                 # Modified libmagic https://github.com/file/file
       ├─ data_file.c               # Generated by `ext/fileinfo/create_data_file.php`
       ├─ libmagic.patch            # Modifications patch from upstream libmagic
       ├─ magicdata.patch           # Modifications patch from upstream libmagic
       └─ ...
    └─ gd/
       ├─ libgd/                    # Bundled and modified GD library https://github.com/libgd/libgd
       └─ ...
    └─ mbstring/
       ├─ libmbfl/                  # Forked and maintained in php-src
       ├─ unicode_data.h            # Generated by `ext/mbstring/ucgendat/ucgendat.php`
       └─ ...
    └─ pcre/
       ├─ pcre2lib/                 # https://www.pcre.org/
       └─ ...
    └─ pdo_mysql/
       ├─ php_pdo_mysql_sqlstate.h  # Generated by `ext/pdo_mysql/get_error_codes.php`
       └─ ...
    └─ skeleton/                    # Skeleton for developing new extensions with `ext/ext_skel.php`
       └─ ...
    └─ standard/
       └─ html_tables/
          ├─ mappings/              # https://www.unicode.org/Public/MAPPINGS/
          └─ ...
       ├─ credits_ext.h             # Generated by `scripts/dev/credits`
       ├─ credits_sapi.h            # Generated by `scripts/dev/credits`
       ├─ html_tables.h             # Generated by `ext/standard/html_tables/html_table_gen.php`
       └─ ...
    └─ tokenizer/
       ├─ tokenizer_data.c          # Generated by `ext/tokenizer/tokenizer_data_gen.sh`
       └─ ...
    └─ xmlrpc/
       ├─ libxmlrpc/                # Forked and maintained in php-src
       └─ ...
    └─ zend_test                    # For testing internal APIs. Not needed for regular builds.
       └─ ...
    └─ zip/                         # Bundled https://github.com/pierrejoye/php_zip
       └─ ...
    └─ ...
 └─ main/                           # Binding that ties extensions, SAPIs, and engine together
    ├─ streams/                     # Streams layer subsystem
    ├─ php_version.h                # Generated by release managers using `configure`
    └─ ...
 ├─ pear/                           # PEAR installation
 └─ sapi/                           # PHP SAPI modules
    └─ cli/
       ├─ mime_type_map.h           # Generated by `sapi/cli/generate_mime_type_map.php`
       └─ ...
    └─ ...
 ├─ scripts/                        # php-config, phpize and internal development scripts
 ├─ tests/                          # Core features tests
 ├─ travis/                         # Travis CI service files
 └─ win32/                          # Windows build system files
    ├─ cp_enc_map.c                 # Generated by `win32/cp_enc_map_gen.exe`
    └─ ...
 └─ ...

目录	说明
TSRM	线程相关安全的实现，PHP的线程安全是构建在TSRM库之上的，PHP实现中常见的*G宏通常是对TSRM的封装，TSRM(Thread Safe Resource Manager)线程安全资源管理器。
Zend	PHP解析器的核心实现，比如脚本的词法语法解析，opcode的执行以及扩展机制的实现等
build	linux下编译相关的目录
ext	PHP的扩展，包括了绝大多数PHP的函数的定义和实现，如array系列，pdo系列，spl系列等函数的实现，都在这个目录中。个人写的扩展在测试时也可以放到这个目录，方便测试和调试。
main	PHP的主要代码，这里存放PHP最为核心的文件，主要实现PHP的基本设施，这里和Zend引擎不一样，Zend引擎主要实现语言最核心的语言运行环境。
netware	网络目录，socket的定义与实现
pear	PHP扩展及应用的代码仓库，包含PEAR的核心文件。PEAR是PHP扩展与应用库(the PHP Extension and Application Repository)的缩写。它是一个PHP扩展及应用的一个代码仓库，简单地说，PEAR之于PHP就像是CPAN(Comprehensive Perl Archive Network)之于Perl。
sapi	PHP的应用层接口，包含了各种服务器抽象层的代码，例如apache的mod_php，cli,cgi,embed以及fpm等接口。
scripts	Linux下的脚本目录
tests	测试脚本目录，包含PHP各项功能的测试文件
travis	用于构建，非PHP特有目录
win32	Windows下编译PHP的相关脚本，比如sokcet的实现在Windows下和*Nix平台就不太一样，同时也包括了Windows下编译PHP相关的脚本。

虽然源码目录众多，但是核心目录却只有sapi、main、zend、ext、TSRM。

1、SAPI

PHP程序的输入可以是来自于命令行的标准输入，也可以是来自基于cgi/fastcgi协议的网络请求。甚至可以嵌入到单片机供C、C++程序调用。它们分别对应cli模式、fpm/cgi模式、embed模式，除了这些还有apache2handler、litespeed模式。

sapi目录是对输入和输出层的抽象，是PHP提供对外服务的规范。

同理，输出可以写到命令行的标准输出，也可以作为基于cgi/fastcgi协议的网络响应返回给客户端。

SAPI全称Server API，负责PHP对外提供服务规范，它定义了结构体sapi_module_struct，该结构体定义了模式启动、关闭、激活、失效等多个钩子函数指针，每个模式将这些函数指针指向自己的函数，就可以轻松扩展PHP对外服务的方式。以上几种模式也正是实现了sapi_module_strcut才完成了PHP的多场景应用。

几种常用的SAPI：

（1）、apache2handler：Apache扩展，编译后生成动态链接库，配置到Apache下，当有http请求到Apache时，根据配置会调用此动态链接库，执行PHP代码，完成与PHP的交互。

（2）、cgi-fcgi：编译后生成支持CGI协议的可执行程序，webserver（通常为Apache或Nginx）通过CGI协议把请求传给CGI进程，执行代码将结果返回给webserver，退出进程。

（3）、fpm-fcgi：fpm全称为FastCGI Process Manager，PHP官方提供的FastCGI进程管理器。以Nginx服务器为例，当有http协议请求发送到Nginx服务器，Nginx按照FastCGI协议把请求交给php-fpm进程处理。

（4）、cli：Command Line Interface的简称，PHP的命令行交互接口。

2、main

main目录是SAPI层和Zend层的黏合剂。

main目录的作用是承接SAPI的请求，分析出要执行的脚本文件和参数，并对环境和配置进行初始化，比如初始化变量和常量、注册函数、解析配置文件、加载扩展等等。

3、Zend

Zend目录就是大家所熟知的Zend引擎，是PHP最核心的部分，主要负责PHP的语法实现、内存管理及脚本的编译运行环境等，它由编译器、执行器两部分组成。

编译器负责将PHP代码进行词法、语法分析，并生成抽象语法树，然后进一步编译为opcode，opcode是Zend虚拟机可识别的指令，php7一共有173个opcode，所有的语法都是由这些opcode组成的。执行器负责执行编译器输出的opcode。

4、ext

ext（extension），它是扩展PHP内核功能的一种方式，分为PHP扩展与zend扩展，都支持用户自定义开发，这两种都比较常见，PHP扩展有gd、json、date、array等，而我们熟知的opcache就是Zend扩展。

上一节使用ext_skel,实现一个PHP扩展写的自定义扩展就放在此目录下。

5、TSRM

TSRM(Thread Safe Resource Manager)线程安全资源管理器。

全局变量就是定义在函数外的变量，它属于公共资源，在多线程的环境下，访问公共资源就可能会引起冲突，TSRM就是为解决该问题而诞生的。

线程安全机制主要为了保证共享资源的安全。PHP的线程安全机制简洁直观——在多线程环境下，为每个线程提供独立的全局变量副本。具体实施是通过TSRM为每个线程分配（分配前加锁）一个独立ID（自增）作为当前线程的全局变量内存区索引，在以后的全局变量访问中，实现线程之间的完全独立。

PHP大部分SAPI都是单线程的，所以并不需要过多关注线程安全，但是在Apache或者用户自己实现的PHP环境下，就需要考虑线程安全问题了。

二、PHP的设计理念及特点

（1）、多进程模型：由于PHP是多进程模型，不同请求间互不干涉，这样保证了一个请求挂掉不会对全盘服务造成影响，目前PHP也早支持多线程模型。

（2）、弱类型语言：和C/C++、JAVA、C#等语言不同，PHP是一种弱类型的语言。一个变量的类型并不是一开始就确定不变的，运行中才会确定并可能发生隐式或显示的类型转换，这种机制的灵活性在web开发中非常方便、高效，具体会在后面PHP变量中详述。

（3）、引擎（Zend）+组件（ext）的模式降低内部耦合。

（4）、中间层（sapi ）Sapi全称是Server Application Programming Interface 隔绝web server和PHP。

（5）、语法简单灵活，没有太多规范。缺点导致风格混杂。

三、PHP核心架构

Zend引擎中包含了编译器和解释器，从PHP代码到opcode的执行，均由Zend引擎完成。

Zend引擎除了实现了PHP的核心功能，还提供了一套接口，让PHP可以在更多的场景中使用，如命令行环境、Web环境等。

该架构图大致分为四大部分。

1、Zend引擎：前文介绍的词法/语法分析、AST编译和opcodes的执行均在Zend引擎中实现。此外，PHP的变量设计、内存管理、进程管理等也在引擎层实现。引擎为PHP提供了基础服务，PHP的可靠性和高性能都依赖引擎的基础支撑。同时，Zend引擎的可扩展性，还是PHP得以大规模应用的重要原因之一。

2、PHP层：Zend引擎为PHP提供基础能力（如内存分配和回收），而来自外部的交互则需要通过PHP层来处理。

3、SAPI：SAPI是Server API的缩写，其中包含了常见的cli SAPI和fpm SAPI。PHP定义好输入/输出规范，依据此规范与PHP交互的一方都可以称为Server。

4、扩展部分：Zend引擎提供了核心能力和接口规范。在此基础上开发的扩展，为PHP代码的性能和功能的多样性提供了更丰富的选项。

PHP的目录结构、设计理念以及核心架构

PHP的目录结构、设计理念以及核心架构

一、PHP的目录结构

1、SAPI

2、main

3、Zend

4、ext

5、TSRM

二、PHP的设计理念及特点

三、PHP核心架构

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