PHP內(nèi)核學(xué)習(xí)教程之php opcode內(nèi)核實(shí)現(xiàn)

2020-03-22 20:23:02

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opcode是計(jì)算機(jī)指令中的一部分，用于指定要執(zhí)行的操作，指令的格式和規(guī)范由處理器的指令規(guī)范指定。除了指令本身以外通常還有指令所需要的操作數(shù)，可能有的指令不需要顯式的操作數(shù)。這些操作數(shù)可能是寄存器中的值，堆棧中的值，某塊內(nèi)存的值或者IO端口中的值等等。通常opcode還有另一種稱謂：字節(jié)碼(byte codes)。例如Java 虛擬機(jī)(JVM)，.NET的通用中間語(yǔ)言(CIL: Common Intermeditate Language)等等。1. Opcode簡(jiǎn)介
opcode是計(jì)算機(jī)指令中的一部分，用于指定要執(zhí)行的操作，指令的格式和規(guī)范由處理器的指令規(guī)范指定。除了指令本身以外通常還有指令所需要的操作數(shù)，可能有的指令不需要顯式的操作數(shù)。這些操作數(shù)可能是寄存器中的值，堆棧中的值，某塊內(nèi)存的值或者IO端口中的值等等
通常opcode還有另一種稱謂: 字節(jié)碼(byte codes)。例如Java虛擬機(jī)(JVM)，.NET的通用中間語(yǔ)言(CIL: Common Intermeditate Language)等等
PHP中的opcode則屬于前面介紹中的后著，PHP是構(gòu)建在Zend虛擬機(jī)(Zend VM)之上的。PHP的opcode就是Zend虛擬機(jī)中的指令(基于Zend的中間代碼)
Relevant Link:
http://www.luocong.com/learningopcode/doc/1._%E4%BB%80%E4%B9%88%E6%98%AFOpCode%EF%BC%9F.htm
2. PHP中的Opcode
0x1: 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
在PHP實(shí)現(xiàn)內(nèi)部，opcode由如下的結(jié)構(gòu)體表示
/php-5.6.17/Zend/zend_compile.hstruct _zend_op opcode_handler_t handler; // 執(zhí)行該opcode時(shí)調(diào)用的處理函數(shù)znode_op op1; // opcode所操作的操作數(shù)znode_op op2; // opcode所操作的操作數(shù)znode_op result;ulong extended_html' target='_blank'>value;uint lineno;zend_uchar opcode; // opcode代碼zend_uchar op1_type;zend_uchar op2_type;zend_uchar result_type;}; 和CPU的指令類似，有一個(gè)標(biāo)示指令的opcode字段，以及這個(gè)opcode所操作的操作數(shù)，PHP不像匯編那么底層，在腳本實(shí)際執(zhí)行的時(shí)候可能還需要其他更多的信息，extended_value字段就保存了這類信息，其中的result域則是保存該指令執(zhí)行完成后的結(jié)果
例如如下代碼是在編譯器遇到print語(yǔ)句的時(shí)候進(jìn)行編譯的函數(shù)/php-5.6.17/Zend/zend_compile.cvoid zend_do_print(znode *result, const znode *arg TSRMLS_DC) /* {{{ *///新創(chuàng)建一條zend_op zend_op *opline = get_next_op(CG(active_op_array) TSRMLS_CC);//將新建的zend_op的返回值類型設(shè)置為臨時(shí)變量(IS_TMP_VAR)，因?yàn)閜rint中的內(nèi)存僅僅為了臨時(shí)輸出，并不需要保存opline- result_type = IS_TMP_VAR;//為臨時(shí)變量申請(qǐng)空間opline- result.var = get_temporary_variable(CG(active_op_array));//指定opcode為ZEND_PRINTopline- opcode = ZEND_PRINT;//將傳遞進(jìn)來(lái)的參數(shù)賦值給這條opcode的第一個(gè)操作數(shù)SET_NODE(opline- op1, arg);SET_UNUSED(opline- op2);GET_NODE(result, opline- result);}0x2: opcode類型: zend_op- zend_uchar opcode
比對(duì)匯編語(yǔ)言的概念，每個(gè)opcode都對(duì)應(yīng)于一個(gè)類型，表明該opcpde的"操作指令"，opcode的類型為zend_uchar，zend_uchar實(shí)際上就是unsigned char，此字段保存的整形值即為op的編號(hào)，用來(lái)區(qū)分不同的op類型，opcode的可取值都被定義成了宏/Zend/zend_vm_opcodes.h
#define ZEND_NOP 0#define ZEND_ADD 1#define ZEND_SUB 2#define ZEND_MUL 3#define ZEND_DIV 4#define ZEND_MOD 5#define ZEND_SL 6#define ZEND_SR 7#define ZEND_CONCAT 8#define ZEND_BW_OR 9#define ZEND_BW_AND 10#define ZEND_BW_XOR 11#define ZEND_BW_NOT 12#define ZEND_BOOL_NOT 13#define ZEND_BOOL_XOR 14#define ZEND_IS_IDENTICAL 15#define ZEND_IS_NOT_IDENTICAL 16#define ZEND_IS_EQUAL 17#define ZEND_IS_NOT_EQUAL 18#define ZEND_IS_SMALLER 19#define ZEND_IS_SMALLER_OR_EQUAL 20#define ZEND_CAST 21#define ZEND_QM_ASSIGN 22#define ZEND_ASSIGN_ADD 23#define ZEND_ASSIGN_SUB 24#define ZEND_ASSIGN_MUL 25#define ZEND_ASSIGN_DIV 26#define ZEND_ASSIGN_MOD 27#define ZEND_ASSIGN_SL 28#define ZEND_ASSIGN_SR 29#define ZEND_ASSIGN_CONCAT 30#define ZEND_ASSIGN_BW_OR 31#define ZEND_ASSIGN_BW_AND 32#define ZEND_ASSIGN_BW_XOR 33#define ZEND_PRE_INC 34#define ZEND_PRE_DEC 35#define ZEND_POST_INC 36#define ZEND_POST_DEC 37#define ZEND_ASSIGN 38#define ZEND_ASSIGN_REF 39#define ZEND_ECHO 40#define ZEND_PRINT 41#define ZEND_JMP 42#define ZEND_JMPZ 43#define ZEND_JMPNZ 44#define ZEND_JMPZNZ 45#define ZEND_JMPZ_EX 46#define ZEND_JMPNZ_EX 47#define ZEND_CASE 48#define ZEND_SWITCH_FREE 49#define ZEND_BRK 50#define ZEND_CONT 51#define ZEND_BOOL 52#define ZEND_INIT_STRING 53#define ZEND_ADD_CHAR 54#define ZEND_ADD_STRING 55#define ZEND_ADD_VAR 56#define ZEND_BEGIN_SILENCE 57#define ZEND_END_SILENCE 58#define ZEND_INIT_FCALL_BY_NAME 59#define ZEND_DO_FCALL 60#define ZEND_DO_FCALL_BY_NAME 61#define ZEND_RETURN 62#define ZEND_RECV 63#define ZEND_RECV_INIT 64#define ZEND_SEND_VAL 65#define ZEND_SEND_VAR 66#define ZEND_SEND_REF 67#define ZEND_NEW 68#define ZEND_INIT_NS_FCALL_BY_NAME 69#define ZEND_FREE 70#define ZEND_INIT_ARRAY 71#define ZEND_ADD_ARRAY_ELEMENT 72#define ZEND_INCLUDE_OR_EVAL 73#define ZEND_UNSET_VAR 74#define ZEND_UNSET_DIM 75#define ZEND_UNSET_OBJ 76#define ZEND_FE_RESET 77#define ZEND_FE_FETCH 78#define ZEND_EXIT 79#define ZEND_FETCH_R 80#define ZEND_FETCH_DIM_R 81#define ZEND_FETCH_OBJ_R 82#define ZEND_FETCH_W 83#define ZEND_FETCH_DIM_W 84#define ZEND_FETCH_OBJ_W 85#define ZEND_FETCH_RW 86#define ZEND_FETCH_DIM_RW 87#define ZEND_FETCH_OBJ_RW 88#define ZEND_FETCH_IS 89#define ZEND_FETCH_DIM_IS 90#define ZEND_FETCH_OBJ_IS 91#define ZEND_FETCH_FUNC_ARG 92#define ZEND_FETCH_DIM_FUNC_ARG 93#define ZEND_FETCH_OBJ_FUNC_ARG 94#define ZEND_FETCH_UNSET 95#define ZEND_FETCH_DIM_UNSET 96#define ZEND_FETCH_OBJ_UNSET 97#define ZEND_FETCH_DIM_TMP_VAR 98#define ZEND_FETCH_CONSTANT 99#define ZEND_GOTO 100#define ZEND_EXT_STMT 101#define ZEND_EXT_FCALL_BEGIN 102#define ZEND_EXT_FCALL_END 103#define ZEND_EXT_NOP 104#define ZEND_TICKS 105#define ZEND_SEND_VAR_NO_REF 106#define ZEND_CATCH 107#define ZEND_THROW 108#define ZEND_FETCH_CLASS 109#define ZEND_CLONE 110#define ZEND_RETURN_BY_REF 111#define ZEND_INIT_METHOD_CALL 112#define ZEND_INIT_STATIC_METHOD_CALL 113#define ZEND_ISSET_ISEMPTY_VAR 114#define ZEND_ISSET_ISEMPTY_DIM_OBJ 115#define ZEND_PRE_INC_OBJ 132#define ZEND_PRE_DEC_OBJ 133#define ZEND_POST_INC_OBJ 134#define ZEND_POST_DEC_OBJ 135#define ZEND_ASSIGN_OBJ 136#define ZEND_INSTANCEOF 138#define ZEND_DECLARE_CLASS 139#define ZEND_DECLARE_INHERITED_CLASS 140#define ZEND_DECLARE_FUNCTION 141#define ZEND_RAISE_ABSTRACT_ERROR 142#define ZEND_DECLARE_CONST 143#define ZEND_ADD_INTERFACE 144#define ZEND_DECLARE_INHERITED_CLASS_DELAYED 145#define ZEND_VERIFY_ABSTRACT_CLASS 146#define ZEND_ASSIGN_DIM 147#define ZEND_ISSET_ISEMPTY_PROP_OBJ 148#define ZEND_HANDLE_EXCEPTION 149#define ZEND_USER_OPCODE 150#define ZEND_JMP_SET 152#define ZEND_DECLARE_LAMBDA_FUNCTION 153#define ZEND_ADD_TRAIT 154#define ZEND_BIND_TRAITS 155#define ZEND_SEPARATE 156#define ZEND_QM_ASSIGN_VAR 157#define ZEND_JMP_SET_VAR 158#define ZEND_DISCARD_EXCEPTION 159#define ZEND_YIELD 160#define ZEND_GENERATOR_RETURN 161#define ZEND_FAST_CALL 162#define ZEND_FAST_RET 163#define ZEND_RECV_VARIADIC 164#define ZEND_SEND_UNPACK 165#define ZEND_POW 166#define ZEND_ASSIGN_POW 167 0x3: opcode執(zhí)行句柄: zend_op- handler op的執(zhí)行句柄，其類型為opcode_handler_t
typedef int (ZEND_FASTCALL *opcode_handler_t) (ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS);
這個(gè)函數(shù)指針為op定義了執(zhí)行方式，每一種opcode字段都對(duì)應(yīng)一個(gè)種類的handler，比如如果$a = 1;這樣的代碼生成的op，操作數(shù)為const和cv，最后就能確定handler為函數(shù)ZEND_ASSIGN_SPEC_CV_CONST_HANDLER
/Zend/zend_vm_execute.hvoid zend_init_opcodes_handlers(void)static const opcode_handler_t labels[] = {ZEND_ASSIGN_SPEC_CV_CONST_HANDLER,}0x4: opcpde操作數(shù)znode
操作數(shù)字段是_zend_op類型中比較重要的部分了，其中op1,op2,result三個(gè)操作數(shù)定義為znode類型
/php-5.6.17/Zend/zend_compile.h
typedef struct _znode { /* used only during compilation */這個(gè)int類型的字段定義znode操作數(shù)的類型#define IS_CONST (1 0) //表示常量，例如$a = 123; $b = "hello";這些代碼生成OP后，123和"hello"都是以常量類型操作數(shù)存在#define IS_TMP_VAR (1 1) //表示臨時(shí)變量，臨時(shí)變量一般在前面加~來(lái)表示，這是一些OP執(zhí)行過(guò)程中需要用到的中間變量，例如初始化一個(gè)數(shù)組的時(shí)候，就需要一個(gè)臨時(shí)變量來(lái)暫時(shí)存儲(chǔ)數(shù)組zval，然后將數(shù)組賦值給變量#define IS_VAR (1 2) //一般意義上的變量，以$開發(fā)表示#define IS_UNUSED (1 3) // Unused variable #define IS_CV (1 4) // Compiled variable，這種類型的操作數(shù)比較重要，此類型是在PHP后來(lái)的版本中(大概5.1)中才出現(xiàn)，CV的意思是compiled variable，即編譯后的變量，變量都是保存在一個(gè)符號(hào)表中，這個(gè)符號(hào)表是一個(gè)哈希表，如果每次讀寫變量的時(shí)候都需要到哈希表中去檢索，會(huì)對(duì)效率有一定的影響，因此在執(zhí)行上下文環(huán)境中，會(huì)將一些編譯期間生成的變量緩存起來(lái)。此類型操作數(shù)一般以!開頭表示，比如變量$a=123;$b="hello"這段代碼，$a和$b對(duì)應(yīng)的操作數(shù)可能就是!0和!1, 0和1相當(dāng)于一個(gè)索引號(hào)，通過(guò)索引號(hào)從緩存中取得相應(yīng)的值int op_type;此字段為一個(gè)聯(lián)合體，根據(jù)op_type的不同，u取不同的值1. op_type=IS_CONST的時(shí)候，u中的constant保存的就是操作數(shù)對(duì)應(yīng)的zval結(jié)構(gòu)2. 例如$a=123時(shí)，123這個(gè)操作數(shù)中，u中的constant是一個(gè)IS_LONG類型的zval,其值lval為123 union {znode_op op;zval constant; /* replaced by literal/zv */zend_op_array *op_array;zend_ast *ast;zend_uint EA; /* extended attributes */} znode; 0x5: opcode編譯后數(shù)組op_array
在zend_do_print函數(shù)中的第一行，我們注意到下面這行代碼
zend_op *opline = get_next_op(CG(active_op_array) TSRMLS_CC); PHP腳本代碼被編譯后產(chǎn)生的opcode保存在op_array中，其內(nèi)部存儲(chǔ)的結(jié)構(gòu)如下/php-5.6.17/Zend/zend_compile.hstruct _zend_op_array /* Common elements */zend_uchar type;const char *function_name; // 如果是用戶定義的函數(shù)則，這里將保存函數(shù)的名字zend_class_entry *scope;zend_uint fn_flags;union _zend_function *prototype;zend_uint num_args;zend_uint required_num_args;zend_arg_info *arg_info;/* END of common elements */zend_uint *refcount;zend_op *opcodes; // opcode數(shù)組zend_uint last;zend_compiled_variable *vars;int last_var;zend_uint T;zend_uint nested_calls;zend_uint used_stack;zend_brk_cont_element *brk_cont_array;int last_brk_cont;zend_try_catch_element *try_catch_array;int last_try_catch;zend_bool has_finally_block;/* static variables support */HashTable *static_variables;zend_uint this_var;const char *filename;zend_uint line_start;zend_uint line_end;const char *doc_comment;zend_uint doc_comment_len;zend_uint early_binding; /* the linked list of delayed declarations */zend_literal *literals;int last_literal;void **run_time_cache;int last_cache_slot;void *reserved[ZEND_MAX_RESERVED_RESOURCES];}; 整個(gè)PHP腳本代碼被編譯后的opcodes保存在這里，在執(zhí)行的時(shí)候由下面的execute函數(shù)執(zhí)行
ZEND_API void execute(zend_op_array *op_array TSRMLS_DC)// ... 循環(huán)執(zhí)行op_array中的opcode或者執(zhí)行其他op_array中的opcode}每條opcode都有一個(gè)opcode_handler_t的函數(shù)指針字段，用于執(zhí)行該opcode，PHP有三種方式來(lái)進(jìn)行opcode的處理1. CALL: PHP默認(rèn)使用CALL的方式，也就是函數(shù)調(diào)用的方式
2. SWITCH: 由于opcode執(zhí)行是每個(gè)PHP程序頻繁需要進(jìn)行的操作，可以使用SWITCH或者GOTO的方式來(lái)分發(fā)
3. GOTO: 通常GOTO的效率相對(duì)會(huì)高一些，不過(guò)效率是否提高依賴于不同的CPU
實(shí)際上我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，在/zend/zend_language_parser.c中就是Zend的opcode翻譯解釋執(zhí)行過(guò)程，其中包含了call、switch、goto三種opcode執(zhí)行方式
這就是PHP為什么稱之為解釋型語(yǔ)言的內(nèi)核原理，PHP在完成Lex詞法解析后，在語(yǔ)法解析即生成產(chǎn)生式的時(shí)候，直接通過(guò)call、switch、goto的方式調(diào)用zend api進(jìn)行即使解釋執(zhí)行
Relevant Link:http://www.nowamagic.net/librarys/veda/detail/1325http://php.net/manual/zh/internals2.opcodes.list.phphttp://www.nowamagic.net/librarys/veda/detail/1543http://www.nowamagic.net/librarys/veda/detail/1324http://www.nowamagic.net/librarys/veda/detail/1543 http://www.laruence.com/2008/06/18/221.htmlhttp://www.php-internals.com/book/ p=chapt02/02-03-02-opcode 3. opcode翻譯執(zhí)行(即時(shí)解釋執(zhí)行)
Relevant Link:
http://www.php-internals.com/book/ p=chapt02/02-03-03-from-opcode-to-handler以上所述本文給大家介紹的PHP內(nèi)核學(xué)習(xí)教程之php opcode內(nèi)核實(shí)現(xiàn)的相關(guān)知識(shí)，希望對(duì)大家有所幫助。PHP教程

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