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深入理解PHP7内核之FAST_ZPP

从PHP7开始,大家可能会发现,不少函数不再使用传统的参数处理方式,而是改用了我们称之为Fast zend parameters parsing(FAST_ZPP)的新型方式, 比如在PHP7之前,count函数是这样的:

PHP_FUNCTION(count)
{
    zval *array;
    long mode = COUNT_NORMAL;

    if (zend_parse_parameters(ZEND_NUM_ARGS() TSRMLS_CC, "z|l", &array, &mode) == FAILURE) {
        return;
    }
    ....
}

在PHP7以后,变成了:

PHP_FUNCTION(count)
{
    zval *array;
    zend_long mode = COUNT_NORMAL;

    ZEND_PARSE_PARAMETERS_START(1, 2)
        Z_PARAM_ZVAL(array)
        Z_PARAM_OPTIONAL
        Z_PARAM_LONG(mode)
    ZEND_PARSE_PARAMETERS_END();
    ...
}

很多PHP扩展开发的同学可能在初次接触的时候,会觉得很陌生,不要焦虑,让我慢慢道来 :)

当时在做PHPNG(PHP7的开发项目代号)的开发的时候,我们主要的发现性能提升点的一个方式就是bench各种大型实际项目,来发现占用资源比较大的部分,而最常用benchmark对象之一是wordpress,因为它够复杂,够慢,(它也是我们开发JIT的时候对主要bench目标:)) 代表了非OO型代码类的典型应用, 在实际的benchmark的过程中我们发现,将近有6%的耗时被zend_parse_parameters给占用了。

事实上zend_parameters_parsing确实是一个很庞大的函数:

ZEND_API int zend_parse_parameters(int num_args, const char *type_spec, ...)

它根据type_spec字符串中指定的标识符,来处理输入参数,而这个参数符有很多种(具体含义可以参看: README.PARAMETER_PARSING_API):

a A b C d f h H l L o O p P r s S z * + | / !

根据不同的组合来表示我们的PHP函数要接受的参数类型,比如例子中的count, 通过”z|l”表示要接受一个zval类型的参数,和一个可选的long类型的mode参数,当zend_parse_parameters在runtime的时候被调用的时候,就会需要分析这些字符,然后调用对应的逻辑,对于一些本身就很简单的函数来说,比如count,这个开销就会显得很明显。

再回头来看这个函数的特点,我们会发现,比如对于count这个例子来说,其实type_spec在编译期就是确定的常量,也就是说,其实在编译的时候,我们就应该已经知道了”a|l”应该调用那些对应的参数处理逻辑。

而事实上,当代的编译器都具备这个基本优化能力, 比如对于如下的代码:

#include <stdlib.h>

#define AAA  1;
int main() {
    int a = AAA;
    if (a) {
        abort();
    }
    return 0;
}

如果我们尝试让编译优化(-o2)它,并检查生成的汇编:

main:
.LFB18:
    subq    $8, %rsp
    call    abort@PLT

大家可以看到,if判断已经被抹掉了, 因为在编译时刻, 就能知道a是1, if一定为真。

而FAST_ZPP就是充分借助了这个能力而来的一种新型的参数申明方式, 比如对于Z_PARAM_ZVAL(array)

#define Z_PARAM_ZVAL_EX(dest, check_null, separate) \
        if (separate) { \
            Z_PARAM_PROLOGUE(separate); \
            zend_parse_arg_zval_deref(_arg, &dest, check_null); \
        } else { \
            ++_i; \
            ZEND_ASSERT(_i <= _min_num_args || _optional==1); \
            ZEND_ASSERT(_i >  _min_num_args || _optional==0); \
            if (_optional && UNEXPECTED(_i >_num_args)) break; \
            _real_arg++; \
            zend_parse_arg_zval(_real_arg, &dest, check_null); \
        }

#define Z_PARAM_ZVAL(dest) \
    Z_PARAM_ZVAL_EX(dest, 0, 0)

在编译时刻就能被先替换为:

zend_parse_arg_zval(((zval*)execute_data) - 1, &array, 0);

而如果我们进一步审视zend_parse_arg_zval:

static zend_always_inline void zend_parse_arg_zval(zval *arg, zval **dest, int check_null)
{
    *dest = (check_null &&
        (UNEXPECTED(Z_TYPE_P(arg) == IS_NULL) ||
         (UNEXPECTED(Z_ISREF_P(arg)) &&
          UNEXPECTED(Z_TYPE_P(Z_REFVAL_P(arg)) == IS_NULL)))) ? NULL : arg;
}

我们会发现它也是一个inline申明的函数,而参数因为是常量,那么就可以进一步被evaluate成:

zval *array = ((zval*)execute_data) - 1;

怎么样,是不是一看就知道会快很多? 没有type_spec分析,没有额外的函数调用,直接获取到参数。

刚刚说到的inline函数可以在编译时期根据常数的剪枝内联, 也是用来避免同类函数的重复代码的很好的方法,在PHP7中也有大量使用,有兴趣的可以参看zend_hash.c中的很多相似函数的定义。

当然,这么做也有一个问题就是, 会增大我们程序的binary size, 这个也很容易理解, 比如对于count来说,本来原来只是调用一个外部函数,一个call指令就够了,但现在就会有很多内联进来的指令。

而binary size变大以后,执行时期的cache miss就会增大,也会影响性能,所以FAST_ZPP我们也不是建议全部使用, 而真是针对实际应用中调用频率比较大,并且本身函数逻辑较为简单的函数来使用.

总结一下,一般来说,我们自己写的扩展函数,并不需要一定使用FAST_ZPP, 因为如果自身是复杂的函数逻辑的, 这点开销对比起来,其实也还好了。

最后,附上新的FAST_ZPP API和老的参数描述之间的对应如下:

原描述符 FAST_ZPP 参数类型
a Z_PARAM_ARRAY(dest) zval*
A Z_PARAM_ARRAY_OR_OBJECT(dest) zval*
b Z_PARAM_BOOL(dest) zend_bool
C Z_PARAM_CLASS(dest) zend_class_entry*
d Z_PARAM_DOUBLE(dest) double
f Z_PARAM_FUNC(fci, fcc) fci
h Z_PARAM_ARRAY_HT(dest) HashTable*
H Z_PARAM_ARRAY_OR_OBJECT_HT(dest) HashTable*
l Z_PARAM_LONG(dest) long
L Z_PARAM_STRICT_LONG(dest) long
o Z_PARAM_OBJECT(dest) zval*
O Z_PARAM_OBJECT_OF_CLASS(dest, ce) zval*
p Z_PARAM_PATH(dest, dest_len) char*, dest_len - int
P Z_PARAM_PATH_STR(dest) zend_string*
r Z_PARAM_RESOURCE(dest) zval*
s Z_PARAM_STRING(dest, dest_len) char*, dest_len - int
S Z_PARAM_STR(dest) zend_string*
z Z_PARAM_ZVAL(dest) zval*
| Z_PARAM_OPTIONAL
+ Z_PARAM_VARIADIC('+', dest, num) zval*, num int
* Z_PARAM_VARIADIC('*', dest, num) zval*, num int
Z_PARAM_ZVAL_DEREF(dest) zval*


4 Comments

  1. 开卷题库
    开卷题库 April 3, 2020

    文中 “但先就会有” 和 “其实也好好了” 这里是不是笔误了。

  2. PHP是最好的语言
    PHP是最好的语言 February 28, 2020

    沙发!

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