opcache 优化

OPcache 通过将 PHP 脚本预编译的字节码存储到共享内存中来提升 PHP 的性能，存储预编译字节码的好处就是省去了每次加载和解析 PHP 脚本的开销。

PHP-FPM + Nginx 的工作机制

在理解 OPCache 功能之前，我们有必要先理解 PHP-FPM + Nginx 的工作机制，以及 PHP 脚本解释执行的机制。请求从 Web 浏览器到 Nginx，再到 PHP 处理完成，一共要经历如下五个步骤：

• 第一步：启动服务
  • 启动 PHP-FPM。PHP-FPM 支持两种通信模式：TCP socket 和 Unix socket。
  • PHP-FPM 会启动两种类型的进程：Master 进程和 Worker 进程，前者负责监控端口、分配任务、管理 Worker 进程；后者就是 PHP 的 cgi 程序，负责解释编译执行 PHP 脚本。
  • 启动 Nginx。首先会载入 ngx_http_fastcgi_module 模块，初始化 FastCGI 执行环境，实现 FastCGI 协议请求代理。
  • 注意：fastcgi的worker进程(cgi进程)，是由PHP-FPM来管理，不是Nginx。Nginx只是代理。
• 第二步：Request => Nginx
  • Nginx 接收请求，并基于 location 配置，选择一个合适 handler。
  • 这里就是代理 PHP 的 handler。
• 第三步：Nginx => PHP-FPM
  • Nginx 把请求翻译成 fastcgi 请求。
  • 通过 TCP socket 或者 Unix Socket 发送给 PHP-FPM 的 master 进程。
• 第四步：PHP-FPM Master => Worker
  • PHP-FPM master 进程接收到请求。
  • 分配 Worker 进程执行 PHP 脚本，如果没有空闲的 Worker，返回 502 错误。
  • Worker（php-cgi）进程执行 PHP 脚本，如果超时，返回 504 错误。
  • 处理结束，返回结果。
• 第五步：PHP-FPM Worker => Master => Nginx
  • PHP-FPM Worker 进程返回处理结果，并关闭连接，等待下一个请求。
  • PHP-FPM Master 进程通过 Socket 返回处理结果。
  • Nginx Handler 顺序将每一个响应 buffer 发送给第一个 filter →第二个→以此类推→最终响应发送给客户端。

opcache 运行原理

OPCache 是 Zend 官方出品的，开放自由的 opcode 缓存扩展，还具有代码优化功能，省去了每次加载和解析 PHP 脚本的开销。PHP 5.5.0 及后续版本中已经绑定了 OPcache 扩展。

缓存两类内容:

• OPCode
• Interned String，如注释、变量名等

OPCache 缓存的机制主要是：将编译好的操作码放入共享内存，提供给其他进程访问。这里就涉及到内存共享机制，另外所有内存资源操作都有锁的问题，我们一一解读。

1、共享内存

UNIX/Linux 系统提供很多种进程间内存共享的方式：

1. System-V shm API: System V 共享内存。sysv shm 是持久化的，除非被一个进程明确的删除，否则它始终存在于内存里，直到系统关机；
2. mmap API：
   • mmap 映射的内存在不是持久化的，如果进程关闭，映射随即失效，除非事先已经映射到了一个文件上。
   • 内存映射机制 mmap 是 POSIX 标准的系统调用，有匿名映射和文件映射两种。
   • mmap 的一大优点是把文件映射到进程的地址空间。
   • 避免了数据从用户缓冲区到内核 page cache 缓冲区的复制过程。
   • 当然还有一个优点就是不需要频繁的 read/write 系统调用。
3. POSIX API：System V 的共享内存是过时的, POSIX 共享内存提供了使用更简单、设计更合理的 API。
4. Unix socket API：OPCache 使用了前三个共享内存机制，根据配置或者默认 mmap 内存共享模式。依据PHP字节码缓存的场景，OPCache 的内存管理设计非常简单，快速读写，不释放内存，过期数据置为 Wasted。当Wasted内存大于设定值时，自动重启 OPCache 机制，清空并重新生成缓存。




2、互斥锁

任何内存资源的操作，都涉及到锁的机制。共享内存：一个单位时间内，只允许一个进程执行写操作，允许多个进程执行读操作；写操作同时，不阻止读操作，以至于很少有锁死的情况。这就引发另外一个问题：新代码、大流量场景，进程排队执行缓存opcode操作；重复写入，导致资源浪费。




OPCache 的配置

内存配置

• opcache.preferred_memory_model="mmap"：OPcache 首选的内存模块。如果留空，OPcache 会选择适用的模块，通常情况下，自动选择就可以满足需求。可选值包括：mmap，shm, posix 以及 win32。
• opcache.memory_consumption=64：OPcache 的共享内存大小，以兆字节为单位，默认 64M。
• opcache.interned_strings_buffer=4：用来存储临时字符串的内存大小，以兆字节为单位，默认 4M。
• opcache.max_wasted_percentage=5：浪费内存的上限，以百分比计。如果达到此上限，那么 OPcache 将产生重新启动续发事件。默认 5。




允许缓存的文件数量以及大小

• opcache.max_accelerated_files=2000：OPcache 哈希表中可存储的脚本文件数量上限。真实的取值是在质数集合{223, 463, 983, 1979, 3907, 7963, 16229, 32531, 65407, 130987}中找到的第一个大于等于设置值的质数。设置值取值范围最小值是 200，最大值在 PHP 5.5.6 之前是 100000，PHP 5.5.6 及之后是 1000000。默认值 2000。
• opcache.max_file_size=0：以字节为单位的缓存的文件大小上限。设置为 0 表示缓存全部文件。默认值 0。




注释相关的缓存

• opcache.load_commentsboolean：如果禁用，则即使文件中包含注释，也不会加载这些注释内容。本选项可以和 opcache.save_comments 一起使用，以实现按需加载注释内容。
• opcache.fast_shutdown boolean：如果启用，则会使用快速停止续发事件。所谓快速停止续发事件是指依赖 Zend 引擎的内存管理模块一次释放全部请求变量的内存，而不是依次释放每一个已分配的内存块。




二级缓存的配置

• opcache.file_cache：配置二级缓存目录并启用二级缓存。启用二级缓存可以在 SHM 内存满了、服务器重启或者重置 SHM 的时候提高性能。默认值为空字符串""，表示禁用基于文件的缓存。
• opcache.file_cache_onlyboolean：启用或禁用在共享内存中的 opcode 缓存。
• opcache.file_cache_consistency_checksboolean：当从文件缓存中加载脚本的时候，是否对文件的校验和进行验证。
• opcache.file_cache_fallbackboolean：在 Windows 平台上，当一个进程无法附加到共享内存的时候，使用基于文件的缓存，也即：opcache.file_cache_only=1。需要显示的启用文件缓存。




OPCache 配置说明

[opcache]
; 是否快开启opcache缓存。
;opcache.enable=1

; 是否在cli模式下开启opcache。
;opcache.enable_cli=1

; opcache共享内存的大小(单位是M)。
;opcache.memory_consumption=128

; 预留字符串的的内存大小(单位是M)。
;opcache.interned_strings_buffer=8

; 在hash表中存储的最大脚本文件数量，范围是200到1000000之间。实际的情况是在{ 223, 463, 983, 1979, 3907, 7963, 16229, 32531, 65407, 130987 }中找到第一个大于等于设置值的质数。最小范围是200。
;opcache.max_accelerated_files=10000

; 浪费内存的上线，如果超过这个上线，opcache将重新启动。
;opcache.max_wasted_percentage=5

; 如果启用，opcache将会在hash表的脚本键后面增加一个文件目录，避免吃同名的脚本产生冲突。禁用的话可以提高性能，但是也容易导致应用不可用。
;opcache.use_cwd=1

; 如果启用(1)，opcache会每隔设置的值时间来判断脚本是否更新。如果禁用(0)，则不会自动检测脚本更新，必须通过重启PHP服务，或者使用opcache_reset()、opcache_invalidate()函数来刷新缓存。
;opcache.validate_timestamps=1

; opcache检查脚本是否更新的时间周期(单位是秒)，如果设置为0则会针对每一个请求进行检查更新，如果validate_timestamps=0，该值不会生效。
;opcache.revalidate_freq=60

; 如果禁用，在统一include_path下面已经缓存的文件将被重用，因此无法找到该路径下的同名文件。
;opcache.revalidate_path=0

; 是否保存PHP脚本中的注释内容。禁用，则不会缓存PHP代码中的注释，可以减少文件中的体积，但是一些依赖注释或者注解将无法使用。
;opcache.save_comments=1

; 如果启用，则会使用快速停止续发事件。 所谓快速停止续发事件是指依赖 Zend 引擎的内存管理模块 一次释放全部请求变量的内存，而不是依次释放每一个已分配的内存块。
; 在php7.2.0开始，被移除，这类说的事件将会在PHP中自动处理。
;opcache.fast_shutdown=1

; 如果启用，在调用file_exists()、is_file()和is_readable()函数时，不管文件是否被缓存，都会检测操作码。如果禁用，可能读取的内容是一些旧数据。
;opcache.enable_file_override=0

; 控制优化级别，是一个二进制的位的掩码。
;opcache.optimization_level=0xffffffff

; 不进行编译优化的配置文件路径。该文件中配置具体哪些不被编译的文件。如果文中每行的开头是";"开头，则会被视为注释。黑名单中的文件名，可以是通配符，也可以使用前缀。
; 例如配置文件的路径是"/home/blacklist.txt"，则该配置的值就是该路径。
; 配置的内容可以是如下格式

; 这是一段注释，在解析的时候因为开头是;，则会被视为注释
;/var/www/a.php
;/var/www/a/b.php

;opcache.blacklist_filename=

; 以字节为单位的缓存的文件大小上限。设置为 0 表示缓存全部文件。
;opcache.max_file_size=0

; 每个N次请求会检查缓存校验和，0是不检查。该项对性能有较大影响，尽量在调试环境中使用。
;opcache.consistency_checks=0

; 如果缓存处于非激活状态，等待多少秒之后计划重启。 如果超出了设定时间，则 OPcache 模块将杀除持有缓存锁的进程， 并进行重启。
;opcache.force_restart_timeout=180

; 错误日志文件位置，不填写将默认输出到服务器的错误日志文件中。
;opcache.error_log=

; 错误日志文件等级。
; 默认情况下，仅有致命级别（0）及错误级别（1）的日志会被记录。 其他可用的级别有：警告（2），信息（3）和调试（4）。
; 如何设置的是1以上，在进行force_restart_timeout选项时，会将错误日志中插入一条警告信息。
;opcache.log_verbosity_level=1

; opcache首选的内存模块，不配置则自动选择。可以选择的值有mmap，shm, posix 以及 win32。
;opcache.preferred_memory_model=

; 保护共享内存，以避免执行脚本时发生非预期的写入。 仅用于内部调试。
;opcache.protect_memory=0

; 只允许指定字符串开头的PHP脚本调用opcache api函数，默认不做限制。
;opcache.restrict_api=

; 在 Windows 平台上共享内存段的基地址。 所有的 PHP 进程都将共享内存映射到同样的地址空间。 使用此配置指令避免“无法重新附加到基地址”的错误。
;opcache.mmap_base=

; 配置二级缓存目录并启用二级缓存。 启用二级缓存可以在 SHM 内存满了、服务器重启或者重置 SHM 的时候提高性能。 默认值为空字符串 ""，表示禁用基于文件的缓存。
;opcache.file_cache=

; 启用或禁用在共享内存中的 opcode 缓存。
;opcache.file_cache_only=0

; 当从文件缓存中加载脚本的时候，是否对文件的校验和进行验证。
;opcache.file_cache_consistency_checks=1

; 在 Windows 平台上，当一个进程无法附加到共享内存的时候， 使用基于文件的缓存。需要开启opcache.file_cache_only选项。建议开启此选项，否则可能导致进程无法启动。
;opcache.file_cache_fallback=1

; 启用或者禁用将 PHP 代码（文本段）拷贝到 HUGE PAGES 中。 此项配置指令可以提高性能，但是需要在 OS 层面进行对应的配置。
;opcache.huge_code_pages=1

; 针对当前用户，验证缓存文件的访问权限。
;opcache.validate_permission=0

; 在 chroot 的环境中避免命名冲突。 为了防止进程访问到 chroot 环境之外的文件，应该在 chroot 的情况下启用这个选项。
;opcache.validate_root=0