云智慧透視寶PHP應(yīng)用性能監(jiān)控實(shí)現(xiàn)原理

云智慧 Neeke

一。PHP應(yīng)用場(chǎng)景

自1994年創(chuàng)建以來，PHP早已由小家子氣的”Personal Home Page Tools”，演變?yōu)椤盤HP: Hypertext Preprocessor”，同時(shí)基于強(qiáng)大的可擴(kuò)展性與敏捷迭代特性，基本已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)科技公司的必備語(yǔ)言，為推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提供著源源不斷的強(qiáng)大動(dòng)力。

同時(shí)基于PHP的開源軟件和開發(fā)框架(優(yōu)秀如WordPress，Zend Framework，Laravel，Yaf，Hiphop等等)也在不斷地發(fā)展，使得PHP也被除互聯(lián)網(wǎng)公司之外的企業(yè)所大規(guī)模使用，而進(jìn)入企業(yè)級(jí)應(yīng)用開發(fā)語(yǔ)言之列。

二。用戶監(jiān)控需求

我們知道，PHP的門檻低迭代快使得很多項(xiàng)目,因?yàn)榉N種原因變得架構(gòu)不清：

1.      開發(fā)者水平不足；

2.      項(xiàng)目是從外包團(tuán)隊(duì)接手；

3.      歷史問題，積重難返；

4.      反正性能奇差,反正已經(jīng)愈發(fā)不可控；

而要發(fā)現(xiàn)問題卻又因?yàn)楦鞣N原因不可或很難調(diào)試，這些原因諸如:

1. 時(shí)間太久了，我也忘了怎么寫的，要看代碼

2. 因?yàn)閿?shù)據(jù)不可造，邏輯無法到達(dá)，不能重現(xiàn)

3. 項(xiàng)目不是我所在的團(tuán)隊(duì)開發(fā)，架構(gòu)以及代碼，羞澀惡心。

圖1: PHP應(yīng)用系統(tǒng)的執(zhí)行模型

PHP的運(yùn)行階段可以大致分成三個(gè)階段:

1.      Parse

2.      Compile

3.      Execute

其中Compile過程將會(huì)產(chǎn)生Op Code和Class Table，F(xiàn)unction Table，然后交給Execute最終執(zhí)行。Op Code是中間碼,被Zend Engine調(diào)用執(zhí)行。

不難看出，其實(shí)PHP與Java類似，都是產(chǎn)生中間碼，運(yùn)行在各自的”虛機(jī)”上，可是為什么PHP的性能較Java、.NET、Go而言差別這么大呢？

一句話講，大家普遍認(rèn)為的”PHP是解釋型語(yǔ)言”其實(shí)是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模琍HP不是不編譯，而是每次執(zhí)行都編譯，除此之外最嚴(yán)重的問題即是較難實(shí)現(xiàn)并行運(yùn)算(注意只說”較難”，使用PHP進(jìn)行并行計(jì)算的方案不止一個(gè))?；贠p Code的存在，已經(jīng)誕生了大量cache工具擴(kuò)展，可以有效提升PHP應(yīng)用的執(zhí)行性能,如OpCache,Apc,Apcu,Xcache等等。

對(duì)于使用PHP開發(fā)的網(wǎng)站、接口、應(yīng)用系統(tǒng)而言，性能的瓶頸點(diǎn)會(huì)在什么地方呢?  做過PHP應(yīng)用性能優(yōu)化的朋友們都知道，遞歸、循環(huán)、資源操作、資源釋放等都是常見的瓶頸點(diǎn)，這些經(jīng)常會(huì)造成阻塞或鎖。

可以得出CPU 、內(nèi)存 、各種I/O、各種網(wǎng)絡(luò)帶寬等的消耗是性能瓶頸點(diǎn)中的重中之重，我們可以簡(jiǎn)單歸結(jié)為:外部服務(wù)(如第三方API)，資源讀寫，代碼異常。

處理這些問題的通用作法是使用Xhprof,Xdebug或PHP-trace等工具來找出，并配合架構(gòu)師或高級(jí)工程師經(jīng)驗(yàn)來處理,方法包括單例、事務(wù)、按需加載、短事務(wù)、及時(shí)釋放等等(對(duì)于大多數(shù)公司與開發(fā)人員來講，碰到性能問題更多的作法是盲目的猜測(cè)與撓頭).但這些方法有哪些不足呢？

一眼可知，只能在測(cè)試或生產(chǎn)環(huán)境,產(chǎn)生問題并明確之后進(jìn)行處理.測(cè)試環(huán)境還好,但如果是生產(chǎn)環(huán)境,事后處理雖能補(bǔ)救，但大多數(shù)面對(duì)的都是因功能受損造成的投訴或更嚴(yán)重的業(yè)務(wù)損失。

能夠在生產(chǎn)環(huán)境第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)或規(guī)避可能的性能問題；準(zhǔn)確記錄已知或未知故障現(xiàn)場(chǎng)。這兩點(diǎn)，則成為應(yīng)用性能管理的迫切需求。

三。透視寶PHP監(jiān)控實(shí)現(xiàn)原理

圖2 Hook運(yùn)用示意

PHP運(yùn)行支撐的Zend Engine早在設(shè)計(jì)過程中已經(jīng)預(yù)留了豐富的Hook，可以有效干涉處理過程中的幾個(gè)關(guān)鍵步驟。

云智慧透視寶PHPAgent的研發(fā)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然不能影響應(yīng)用系統(tǒng)原有的代碼，那么最簡(jiǎn)單有效的方式必然是實(shí)現(xiàn)一個(gè)PHP擴(kuò)展，PHPAgent利用了以下幾個(gè)Hook:

1.            zend_compile_file & zend_compile_string

加載分析文件或字符串,本身就會(huì)造成非常大的IO，如果過多地執(zhí)行加載，無疑會(huì)造成內(nèi)存和CPU的消耗.通過這兩個(gè)hook,可以取得文件名、執(zhí)行行數(shù)、使用內(nèi)存和CPU占用時(shí)間。

2.            zend_execute & zend_execute_internal

通過這兩個(gè)hook的使用,我們可以準(zhǔn)確地分析得出一個(gè)PHP應(yīng)用中的類調(diào)用、方法調(diào)用、方法參數(shù)、內(nèi)存占用和CPU占用，加以分析,便可以準(zhǔn)確得出應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行過程中的方法運(yùn)行棧,API調(diào)用地址,SQL語(yǔ)句,Cache Key以及Cache命中等關(guān)鍵信息。

3.            zend_throw_exception_hook

利用異常鉤子,可以準(zhǔn)確地得到應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的異常信息，當(dāng)然包括異常發(fā)生的類\方法位置,參數(shù),異常code和異常message。

4.            zend_error_cb

錯(cuò)誤鉤子則更加直接，可以準(zhǔn)確得到系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的任何一個(gè)warning,代碼錯(cuò)誤或語(yǔ)法錯(cuò)誤。

圖3 PHPAgent注冊(cè)與應(yīng)用Hook流程

圖4 zend_execute hook的應(yīng)用示意(偽代碼)

上圖大致解釋了我們是如何運(yùn)用zend_execute hook進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的: 先取得方法名,同時(shí)通過規(guī)則過濾引擎，判斷哪些是我們關(guān)注或不關(guān)注的(類\方法的黑白名單)，然后通過AGENT_BEGIN宏記錄方法開始時(shí)間,方法名,行數(shù),內(nèi)存起點(diǎn)與參數(shù)，在執(zhí)行原有zend_execute之后,再通過AGENT_END宏記錄結(jié)束時(shí)間,內(nèi)存止點(diǎn)。

通過上述Hook的應(yīng)用,已經(jīng)可以得到我們所關(guān)注的指標(biāo)數(shù)據(jù): 類\方法執(zhí)行順序,執(zhí)行時(shí)間，內(nèi)存占用,接口\DB等資源連接,SQL語(yǔ)句和執(zhí)行時(shí)間等。

經(jīng)過嚴(yán)格的壓力測(cè)試和生產(chǎn)環(huán)境部署實(shí)踐,PHPAgent對(duì)原有應(yīng)用系統(tǒng)的性能影響在5%以內(nèi).經(jīng)過一些參數(shù)調(diào)配,可以將性能影響降到更低,這些參數(shù)包括:

1.      是否啟動(dòng)異常鉤子

2.      是否啟動(dòng)錯(cuò)誤鉤子

3.      是否啟用數(shù)據(jù)采樣

4.      是否啟用棧追蹤

5.      是否使用黑白名單(URL\Header\Cookie\Request Params)

6.      是否啟用UDP發(fā)送代理

7.      關(guān)注請(qǐng)求時(shí)間響應(yīng)閾值

8.      關(guān)注方法時(shí)間響應(yīng)閾值

四。透視寶PHPAgent監(jiān)控部署流程

透視寶PHPAgent遵守SmartAgent插件規(guī)范，那么一切從SmartAgent的安裝部署開始。

1、登錄云智慧透視寶官網(wǎng)：https://www.toushibao.com/ ，點(diǎn)擊頁(yè)面右上角導(dǎo)航的“免費(fèi)試用”，正確填寫免費(fèi)試用的申請(qǐng)信息后會(huì)彈出下面的對(duì)話框，同時(shí)激活郵件會(huì)自動(dòng)發(fā)送到你的郵箱中，按照流程注冊(cè)帳號(hào)即可。

2、注冊(cè)成功后，登錄透視寶，點(diǎn)擊配置-應(yīng)用，在配置頁(yè)面中下載安裝Smart Agent。安裝成功后，Smart Agent會(huì)根據(jù)系統(tǒng)配置自動(dòng)獲取主機(jī)信息，大致兩分鐘后，您就可以在“主機(jī)→服務(wù)器”模塊中查看該服務(wù)器的CPU、內(nèi)存、網(wǎng)卡、磁盤及進(jìn)程等性能數(shù)據(jù)。

3、如果要監(jiān)控應(yīng)用運(yùn)行時(shí)代碼、主機(jī)中服務(wù)和數(shù)據(jù)庫(kù)性能數(shù)據(jù)，您需要進(jìn)一步安裝和配置Smart Agent提供的各種插件，這是因?yàn)镾mart Agent實(shí)現(xiàn)了一種開放式的插件式結(jié)構(gòu)，對(duì)每個(gè)運(yùn)行時(shí)代碼、服務(wù)和數(shù)據(jù)庫(kù)的監(jiān)控都是通過相應(yīng)的插件來實(shí)現(xiàn)的。

3。Smart Agent在安裝完成后，加載過程中自動(dòng)發(fā)現(xiàn)你的應(yīng)用組件，如果沒有自動(dòng)監(jiān)測(cè)到PHP環(huán)境，也可以手動(dòng)添加PHPAgent。如上圖所示，點(diǎn)擊“管理”入口，進(jìn)入“插件管理”，點(diǎn)擊頁(yè)面下部的“添加服務(wù)”，選擇PHPAgent后，點(diǎn)擊“創(chuàng)建”。

創(chuàng)建完畢后，點(diǎn)擊“ON”。(該ON操作只是初始化用戶的信息，以便以后采集到的信息能夠正確的回傳給該用戶。)

4。當(dāng)然，如果對(duì)于已經(jīng)安裝完成的PHPAgent，也可以直接在此管理界面上方便地進(jìn)行升級(jí)與降級(jí)操作。

5。安裝過程腳本默認(rèn)會(huì)使用whereisphp尋找系統(tǒng)內(nèi)PHP進(jìn)行安裝。

如果編譯安裝PHP，請(qǐng)賦腳本中APPD_PHP_PATH變量值到PHP bin目錄，如： /usr/local/php-5.5.14/bin。

執(zhí)行PHPAgent/install.sh start安裝命令。

6。重啟Web Server

安裝開啟PHP代碼監(jiān)控插件后，需要您手動(dòng)重啟web Server（apache\httpd\Php-fpm等軟件）

7。查看PHP應(yīng)用數(shù)據(jù)

恭喜！此時(shí)配置已經(jīng)完成，如果應(yīng)用有正常訪問進(jìn)入，您就可以在“應(yīng)用”模塊中查看應(yīng)用數(shù)據(jù)了。

五。透視寶PHP監(jiān)控功能特點(diǎn)

在功能方面，透視寶無論是在PHP，還是其他如Java、.NET等主流語(yǔ)言的監(jiān)控上，都包括：查看執(zhí)行最慢的10個(gè)元素，包括元素執(zhí)行次數(shù)、持續(xù)時(shí)長(zhǎng)和占用時(shí)長(zhǎng)百分比；查看HTTP請(qǐng)求參數(shù)，包括請(qǐng)求的響應(yīng)狀態(tài)、鏈接頁(yè)面、具體的請(qǐng)求參數(shù)及返回結(jié)果；查看代碼執(zhí)行堆棧的詳細(xì)樹狀信息，包括每個(gè)方法的計(jì)算時(shí)間、總耗時(shí)和被調(diào)用的次數(shù)，您能直接看到特殊標(biāo)識(shí)的最慢方法；查看涉及SQL語(yǔ)句的總耗時(shí)排序，包括SQL執(zhí)行總耗時(shí)、執(zhí)行次數(shù)和具體的查詢語(yǔ)句；第三方API調(diào)用。

上圖是PHPAgent發(fā)現(xiàn)的某應(yīng)用的資源拓?fù)渑c請(qǐng)求響應(yīng)概述。

上圖以散點(diǎn)柱餅圖描述了某段時(shí)間內(nèi)一個(gè)PHP應(yīng)用的請(qǐng)求響應(yīng)時(shí)間分布，可以一眼看出有問題的請(qǐng)求是哪些。

對(duì)于某一個(gè)單次請(qǐng)求事務(wù)的拓?fù)渑c代碼運(yùn)行?？梢詼?zhǔn)確地進(jìn)行分析:

下面是對(duì)一個(gè)應(yīng)用中PHPAgent發(fā)現(xiàn)的一段時(shí)間內(nèi)對(duì)Mysql資源操作的分析。

基于某一個(gè)集群的應(yīng)用,透視寶可以自動(dòng)進(jìn)行總拓?fù)涞淖R(shí)別和描繪。

當(dāng)然，可以對(duì)已經(jīng)識(shí)別的應(yīng)用站點(diǎn)拓?fù)溥M(jìn)行分組高亮。