lnmp架构（一）——lnmp工作原理（基础篇）、Nginx+FastCGI运行原理

短命女 2023-07-12 03:50 40阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  一、lnmp集群——基础知识篇
 *   *  1.1 什么是lnmp？
     *  1.2 lnmp工作原理
     *  1.3.CGI介绍
     *  1.4 什么是Fast-CGI？
     *  1.5 Fast-CGI的工作原理
     *  1.6 PHP-FPM是什么？
     *  1.7 PHP-CGI是什么？
     *  1.8 Nginx+FastCGI运行原理

# 一、lnmp集群——基础知识篇 #

## 1.1 什么是lnmp？ ##

**LNMP是目前网站主流架构之一**，LNMP中`L`指`linux系统平台`，`N`是`nginx指网站的前端程序`，发布静态页面和调用外部程序解析动态页面，`M`是`mysql指网站的后台数据库`，`P`是`PHP指网页编程语言`，是作为一个独立服务存在的，这个服务叫做`php-fpm`，Nginx直接处理静态请求，动态请求会转发给`php-fpm`。  
与LNMP对应的是LAMP，LAMP是指Linux、Apache、MySQL和PHP的结构体系。

## 1.2 lnmp工作原理 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNjk2OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]

*  用户通过http协议发起请求，请求会先抵达LNMP架构中nginx
 *  nginx会根据用户的请求进行判断，这个判断是由Location完成的
 *  判断用户请求的是静态页面，nginx直接进行处理
 *  判断用户的请求是动态页面，nginx会将该请求交给fastcgi协议下发
 *  fastcgi会将请求交给php-fpm管理进程，php-fpm管理进程接收到后会调用具体的工作进程wrapper
 *  wrapper线程会调用php进行解析，如果只是解析php代码那公直接返回结果给客户端
 *  如果有查询数据库的操作，则由php连接数据库(用户密码IP )然后发起查询的操作
 *  最终数据由mysqI -> php -> php-fpm -> fastcgi ->nginx -> http -> user

**通俗的说，** 客户端的所有的页面请求先到达lnmp结构中的nginx，nginx根据自己的判断哪些是静态页面，哪些是动态页面，如果是静态页面直接由nginx自己处理就可以返回结果给客户端了，如果\*.php动态页面nginx需要调用php中间件服务器处理，在处理PHP页面的过程中可能需要调用mysql数据库的数据完成页面编译，编译完成后的页面返回给nginx，nginx再返回给客户端。

*  **LAMP工作原理：**  
    浏览器向服务发送http请求，服务器（Apache）接受请求，由于php作为Apache的组件模块也会一起启动，它们具有相同的生命周期。Apache会将一些静态资源保存，然后去调用php处理模块进行php脚本的处理。脚本处理完成后，Apache将处理完的信息通过http response的形式转送给浏览器。浏览器再进行解析与渲染然后进行呈现。
 *  **两者的区别 ：**  
    在`LNMP`中，Nginx本身对脚本不做任何的处理，而是去调用一个PHP-FPM的进程，二者是相互独立的。**nginx是把http请求变量转发给php进程，即php独立进程，与ngnix通信，这种方式叫做FastCGI运行方式。**  
    在`LAMP`中，PHP是Apache的一个模块，具有相同的生命周期。  
    所以，**apache所编译的php不能用于ngnix**。

## 1.3.CGI介绍 ##

*  **CGI** ( Common Gateway Interface)，即**通用网关接口**，是WWW技术中最重要的技术之一， 是外\*部应用程序(即CGI程序)与WEB服务器之间的接口标准，负责在CGI程序和Web服务器之间传递信息
 *  CGI是Web服务器运行时，调用外部应用程序(即CGI程序)的规范，CGI规范允许Web服务器执行外部程序,并将它们的输出发送给Web浏览器
 *  **出现背景**  
    CGI是比较原始的开发动态网站的方式。由于静态的html页面无法实现网站的动态内容的生成，所以就需要由web务器调用CGI程序，CGI程序生成动态内容，返回给web服务器，web服务器再返回给浏览器。
 *  **功能：**  
    CGI应用程序能通过Web服务器与浏览器进行交互，还可以通过数据库API与数据库服务器等外部数据源进行通信，从数据库服务器中获取数据，将数据格式化为HTML文档后，发送给浏览器，也可以将从浏览器获得的数据放到数据库中
 *  CGI程序处理步骤  
    1 浏览器通过HTML表单或超链接，请求指向一个CGI应用程序的URL  
    2 服务器收到浏览器发送的请求  
    3 服务器调用执行指定CGI应用程序;  
    4 CGI应用程序根据相关信息(通常是基于浏览者输入的内容)  
    5 CGI应用程序把操作结果格式化为网络服务器和浏览器能够理解的文档(通常是HTML网页) ，并发送给web服务器  
    6 web服务器把操作结果返回给浏览器

## 1.4 什么是Fast-CGI？ ##

\*\*cgi\*\*是 通用网关接口，是外部应用程序与Web服务器之间的接口标准，是为了保证web server传递过来的数据是标准格式的，方便cgi程序的编写者。  
`Fast-CGI像是一个常驻(long-live)型的cgi`，是用来提高cgi程序性能的，**是语言无关的、可伸缩架构的CGI开放扩展**，**主要行为是将CGI解释器进程保持在内存中并因此获得较高的性能**。众所周知，CGI解释器的反复加载是CGI性能低下的主要原因，如果CGI解释器保持在内存中并接受FastCGI进程管理器调度，则可以提供良好的性能、伸缩性、Fail- Over特性等等。

**Fast-CGI是nginx和php之间的一个通信接口，该接口实际处理过程通过启动php-fpm进程来解析php脚本，即php-fpm相当于一个动态应用服务器，从而实现nginx动态解析php。** 因此，如果nginx服务器需要支持php解析，需要在nginx.conf中增加php的配置；将php脚本转发到fastCGI进程监听的IP地址和端口（php-fpm.conf中指定）。同时，php安装的时候，需要开启支持fastCGI选项，并且编译安装php-fpm补丁/扩展，同时，需要启动php-fpm进程，才可以解析nginx通过fastCGI转发过来的php脚本。

## 1.5 Fast-CGI的工作原理 ##

*  Web Server启动时载入Fast-CGI进程管理器（IIS ISAPI或Apache Module)
 *  FastCGI进程管理器自身初始化，启动多个CGI解释器进程(可见多个php-cgi)并等待来自Web Server的连接。
 *  当客户端请求到达Web Server时，Fast-CGI进程管理器选择并连接到一个CGI解释器。Web server将CGI环境变量和标准输入发送到Fast-CGI子进程php-cgi。
 *  Fast-CGI子进程完成处理后将标准输出和错误信息从同一连接返回Web Server。当Fast-CGI子进程关闭连接时，请求便告处理完成。Fast-CGI子进程接着等待并处理来自Fast-CGI进程管理器(运行在Web Server中)的下一个连接。 在CGI模式中，php-cgi在此便退出了

**在上述情况中，你可以想象CGI通常有多慢。每一个Web请求PHP都必须重新解析php.ini、重新载入全部扩展并重初始化全部数据结构。使用Fast-CGI，所有这些都只在进程启动时发生一次。一个额外的好处是，持续数据库连接(Persistent database connection)可以工作。**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNjk2OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

## 1.6 PHP-FPM是什么？ ##

**php-fpm：支持解析php的一个fastCGI进程管理器/引擎**，是一个实现了Fastcgi的程序，管理对象是php-cgi。被PHP官方收了。后来PHP内核集成了PHP-FPM之后就方便多了，使用`–enalbe-fpm`这个编译参数即可。

1、php-fpm是一个完全独立的程序,不依赖php-cgi,也不依赖php。因为php-fpm是一个内置了php解释器的FastCGI服务,启动时能够自行读取php.ini配置和php-fpm.conf配置.
    2、一个master进程,支持多个pool,每个pool由master进程监听不同的端口,pool中有多个worker进程.
    3、每个worker进程都内置PHP解释器,并且进程常驻后台,支持prefork动态增加.
    4、每个worker进程支持在运行时编译脚本并在内存中缓存生成的opcode来提升性能.
    5、每个worker进程支持配置响应指定请求数后自动重启,master进程会重启挂掉的worker进程.
    6、每个worker进程能保持一个到MySQL/Memcached/Redis的持久连接,实现"连接池",避免重复建立连接,对程序透明.
    7、master进程采用epoll模型异步接收和分发请求,listen监听端口,epoll_wait等待连接,
    8、然后分发给对应pool里的worker进程,worker进程accpet请求后poll处理连接,
    9、如果worker进程不够用,master进程会prefork更多进程,
    A、如果prefork达到了pm.max_children上限,worker进程又全都繁忙,这时master进程会把请求挂起到连接队列backlog里(默认值是511).

## 1.7 PHP-CGI是什么？ ##

php-cgi 是解释PHP脚本的程序，只是个CGI程序，他自己本身只能解析请求，返回结果，不会进程管理

## 1.8 Nginx+FastCGI运行原理 ##

**nginx不支持对外部程序的直接调用或者解析，所有的外部程序（包括PHP）必须通过FastCGI接口来调用**。FastCGI接口在Linux下是`socket（这个socket可以是文件socket，也可以是ip socket）`。

**wrapper**： 为了调用CGI程序，还需要一个`FastCGI的wrapper（wrapper可以理解为用于启动另一个程序的程序）`，**这个wrapper绑定在某个固定socket上，如端口或者文件socket**。当Nginx将`CGI请求`发送给这个`socket`的时候，通过`FastCGI接口`，`wrapper接收到请求`，然后 `Fork`(派生） 出一个新的线程，这个线程调用解释器或者外部程序处理脚本并读取返回数据；接着，`wrapper再将返回的数据通过FastCGI接口，沿着固定的socket传递给Nginx`；最后，Nginx将返回的数据（html页面或者图片）发送给客户端。

这就是Nginx+FastCGI的整个运作过程：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNjk2OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
需要一个wrapper，这个wrapper需要完成的工作：

**1、通过调用fastcgi（库）的函数通过socket和ningx通信（读写socket是fastcgi内部实现的功能，对wrapper是非透明的）  
2、调度thread，进行fork和kill  
3、和application（php）进行通信**

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNjk2OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200306214900243.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNjk2OQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNjk2OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/2020030622042445.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNjk2OQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNjk2OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200306221203808.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNjk2OQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70