云智慧透视宝PHP应用性能监控实现原理

一.PHP应用场景 自1994年创建以来，PHP早已由小家子气的”Personal Home Page Tools”，演变为”PHP:Hypertext Preprocessor”，同时基于强大的可扩展性与敏捷迭代特性，基本已经成为互联网科技公司的必备语言，为推动互联网发展提供着源源不断的强大动力。 同时基于PHP的开源软件和开发框架(优秀如WordPress，Zend Framework，Laravel，Yaf，Hiphop等等)也在不断地发展，使得PHP也被除互联网公司之外的企业所大规模使用，而进入企业级应用开发语言之列。 二.用户监控需求 我们知道，PHP的门槛低迭代快使得很多项目,因为种种原因变得架构不清： 1.  开发者水平不足； 2.  项目是从外包团队接手； 3.  历史问题，积重难返； 4.  反正性能奇差,反正已经愈发不可控； 而要发现问题却又因为各种原因不可或很难调试，这些原因诸如: 1.    时间太久了，我也忘了怎么写的，要看代码 2.    因为数据不可造，逻辑无法到达，不能重现 3.    项目不是我所在的团队开发，架构以及代码，羞涩恶心。

图1: PHP应用系统的执行模型

PHP的运行阶段可以大致分成三个阶段: 1.  Parse 2.  Compile 3.  Execute 其中Compile过程将会产生Op Code和Class Table，Function Table，然后交给Execute最终执行。Op Code是中间码,被Zend Engine调用执行。 不难看出，其实PHP与Java类似，都是产生中间码，运行在各自的”虚机”上，可是为什么PHP的性能较Java、.NET、Go而言差别这么大呢？ 一句话讲，大家普遍认为的”PHP是解释型语言”其实是不严谨的，PHP不是不编译，而是每次执行都编译，除此之外最严重的问题即是较难实现并行运算(注意只说”较难”，使用PHP进行并行计算的方案不止一个)。基于Op Code的存在，已经诞生了大量cache工具扩展，可以有效提升PHP应用的执行性能,如OpCache,Apc,Apcu,Xcache等等。 对于使用PHP开发的网站、接口、应用系统而言，性能的瓶颈点会在什么地方呢?  做过PHP应用性能优化的朋友们都知道，递归、循环、资源操作、资源释放等都是常见的瓶颈点，这些经常会造成阻塞或锁。 可以得出CPU 、内存、各种I/O、各种网络带宽等的消耗是性能瓶颈点中的重中之重，我们可以简单归结为:外部服务(如第三方API)，资源读写，代码异常。 处理这些问题的通用作法是使用Xhprof,Xdebug或PHP-trace等工具来找出，并配合架构师或高级工程师经验来处理,方法包括单例、事务、按需加载、短事务、及时释放等等(对于大多数公司与开发人员来讲，碰到性能问题更多的作法是盲目的猜测与挠头)。但这些方法有哪些不足呢？ 一眼可知，只能在测试或生产环境,产生问题并明确之后进行处理。测试环境还好,但如果是生产环境,事后处理虽能补救，但大多数面对的都是因功能受损造成的投诉或更严重的业务损失。 能够在生产环境第一时间发现或规避可能的性能问题；准确记录已知或未知故障现场。这两点，则成为应用性能管理的迫切需求。 三.透视宝PHP监控实现原理

图2: Hook运用示意

PHP运行支撑的Zend Engine早在设计过程中已经预留了丰富的Hook，可以有效干涉处理过程中的几个关键步骤。 云智慧透视宝PHPAgent的研发实现，当然不能影响应用系统原有的代码，那么最简单有效的方式必然是实现一个PHP扩展，PHPAgent利用了以下几个Hook: 1.    zend_compile_file& zend_compile_string 加载分析文件或字符串,本身就会造成非常大的IO，如果过多地执行加载，无疑会造成内存和CPU的消耗.通过这两个hook,可以取得文件名、执行行数、使用内存和CPU占用时间。 2.    zend_execute& zend_execute_internal 通过这两个hook的使用,我们可以准确地分析得出一个PHP应用中的类调用、方法调用、方法参数、内存占用和CPU占用，加以分析,便可以准确得出应用系统运行过程中的方法运行栈,API调用地址,SQL语句,CacheKey以及Cache命中等关键信息。 3.    zend_throw_exception_hook 利用异常钩子,可以准确地得到应用系统运行过程中出现的异常信息，当然包括异常发生的类方法位置,参数,异常code和异常message。 4.    zend_error_cb 错误钩子则更加直接，可以准确得到系统运行过程中出现的任何一个warning,代码错误或语法错误。

图3 :PHPAgent注册与应用Hook流程

图4: zend_execute hook的应用示意(伪代码)

上图大致解释了我们是如何运用zend_execute hook进行数据采集的: 先取得方法名,同时通过规则过滤引擎，判断哪些是我们关注或不关注的(类方法的黑白名单)，然后通过AGENT_BEGIN宏记录方法开始时间,方法名,行数,内存起点与参数，在执行原有zend_execute之后,再通过AGENT_END宏记录结束时间,内存止点。 通过上述Hook的应用,已经可以得到我们所关注的指标数据: 类方法执行顺序,执行时间，内存占用,接口DB等资源连接,SQL语句和执行时间等。 经过严格的压力测试和生产环境部署实践,PHPAgent对原有应用系统的性能影响在5%以内.经过一些参数调配,可以将性能影响降到更低,这些参数包括: 1. 是否启动异常钩子 2. 是否启动错误钩子 3. 是否启用数据采样 4. 是否启用栈追踪 5. 是否使用黑白名单(URLHeaderCookieRequest Params) 6.  是否启用UDP发送代理 7.  关注请求时间响应阈值 8.  关注方法时间响应阈值 四.透视宝PHPAgent监控部署流程 透视宝PHPAgent遵守SmartAgent插件规范，那么一切从SmartAgent的安装部署开始。 1、登录云智慧透视宝官网：https://www.toushibao.com/，点击页面右上角导航的“免费试用”，正确填写免费试用的申请信息后会弹出下面的对话框，同时激活邮件会自动发送到你的邮箱中，按照流程注册帐号即可。 2、注册成功后，登录透视宝，点击配置-应用，在配置页面中下载安装Smart Agent。安装成功后，Smart Agent会根据系统配置自动获取主机信息，大致两分钟后，您就可以在“主机→服务器”模块中查看该服务器的CPU、内存、网卡、磁盘及进程等性能数据。 3、如果要监控应用运行时代码、主机中服务和数据库性能数据，您需要进一步安装和配置Smart Agent提供的各种插件，这是因为Smart Agent实现了一种开放式的插件式结构，对每个运行时代码、服务和数据库的监控都是通过相应的插件来实现的。 4、Smart Agent在安装完成后，加载过程中自动发现你的应用组件，如果没有自动监测到PHP环境，也可以手动添加PHPAgent。如上图所示，点击“管理”入口，进入“插件管理”，点击页面下部的“添加服务”，选择PHPAgent后，点击“创建”。 创建完毕后，点击“ON”。(该ON操作只是初始化用户的信息，以便以后采集到的信息能够正确的回传给该用户。) 5、当然，如果对于已经安装完成的PHPAgent，也可以直接在此管理界面上方便地进行升级与降级操作。 6、安装过程脚本默认会使用whereisphp寻找系统内PHP进行安装。 如果编译安装PHP，请赋脚本中APPD_PHP_PATH变量值到PHP bin目录，如：/usr/local/php-5.5.14/bin。 执行PHPAgent/install.sh start安装命令。 7、重启Web Server 安装开启PHP代码监控插件后，需要您手动重启web Server（apachehttpdPhp-fpm等软件） 8、查看PHP应用数据 恭喜！此时配置已经完成，如果应用有正常访问进入，您就可以在“应用”模块中查看应用数据了。 五.透视宝PHP监控功能特点 在功能方面，透视宝无论是在PHP，还是其他如Java、.NET等主流语言的监控上，都包括：查看执行最慢的10个元素，包括元素执行次数、持续时长和占用时长百分比；查看HTTP请求参数，包括请求的响应状态、链接页面、具体的请求参数及返回结果；查看代码执行堆栈的详细树状信息，包括每个方法的计算时间、总耗时和被调用的次数，您能直接看到特殊标识的最慢方法；查看涉及SQL语句的总耗时排序，包括SQL执行总耗时、执行次数和具体的查询语句；第三方API调用。 上图是PHPAgent发现的某应用的资源拓扑与请求响应概述。 上图以散点柱饼图描述了某段时间内一个PHP应用的请求响应时间分布，可以一眼看出有问题的请求是哪些。 对于某一个单次请求事务的拓扑与代码运行栈可以准确地进行分析: 下面是对一个应用中PHPAgent发现的一段时间内对Mysql资源操作的分析。 基于某一个集群的应用,透视宝可以自动进行总拓扑的识别和描绘。 当然，可以对已经识别的应用站点拓扑进行分组高亮。