云智慧透視寶PHP應用性能監控實現原理

云智慧 Neeke

一。PHP應用場景

自1994年創建以來，PHP早已由小家子氣的”Personal Home Page Tools”，演變為”PHP: Hypertext Preprocessor”，同時基于強大的可擴展性與敏捷迭代特性，基本已經成為互聯網科技公司的必備語言，為推動互聯網發展提供著源源不斷的強大動力。

同時基于PHP的開源軟件和開發框架(優秀如WordPress，Zend Framework，Laravel，Yaf，Hiphop等等)也在不斷地發展，使得PHP也被除互聯網公司之外的企業所大規模使用，而進入企業級應用開發語言之列。

二。用戶監控需求

我們知道，PHP的門檻低迭代快使得很多項目,因為種種原因變得架構不清：

1.      開發者水平不足；

2.      項目是從外包團隊接手；

3.      歷史問題，積重難返；

4.      反正性能奇差,反正已經愈發不可控；

而要發現問題卻又因為各種原因不可或很難調試，這些原因諸如:

1. 時間太久了，我也忘了怎么寫的，要看代碼

2. 因為數據不可造，邏輯無法到達，不能重現

3. 項目不是我所在的團隊開發，架構以及代碼，羞澀惡心。

圖1: PHP應用系統的執行模型

PHP的運行階段可以大致分成三個階段:

1.      Parse

2.      Compile

3.      Execute

其中Compile過程將會產生Op Code和Class Table，Function Table，然后交給Execute最終執行。Op Code是中間碼,被Zend Engine調用執行。

不難看出，其實PHP與Java類似，都是產生中間碼，運行在各自的”虛機”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，大家普遍認為的”PHP是解釋型語言”其實是不嚴謹的，PHP不是不編譯，而是每次執行都編譯，除此之外最嚴重的問題即是較難實現并行運算(注意只說”較難”，使用PHP進行并行計算的方案不止一個)。基于Op Code的存在，已經誕生了大量cache工具擴展，可以有效提升PHP應用的執行性能,如OpCache,Apc,Apcu,Xcache等等。

對于使用PHP開發的網站、接口、應用系統而言，性能的瓶頸點會在什么地方呢?  做過PHP應用性能優化的朋友們都知道，遞歸、循環、資源操作、資源釋放等都是常見的瓶頸點，這些經常會造成阻塞或鎖。

可以得出CPU 、內存 、各種I/O、各種網絡帶寬等的消耗是性能瓶頸點中的重中之重，我們可以簡單歸結為:外部服務(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，并配合架構師或高級工程師經驗來處理,方法包括單例、事務、按需加載、短事務、及時釋放等等(對于大多數公司與開發人員來講，碰到性能問題更多的作法是盲目的猜測與撓頭).但這些方法有哪些不足呢？

一眼可知，只能在測試或生產環境,產生問題并明確之后進行處理.測試環境還好,但如果是生產環境,事后處理雖能補救，但大多數面對的都是因功能受損造成的投訴或更嚴重的業務損失。

能夠在生產環境第一時間發現或規避可能的性能問題；準確記錄已知或未知故障現場。這兩點，則成為應用性能管理的迫切需求。

三。透視寶PHP監控實現原理

圖2 Hook運用示意

PHP運行支撐的Zend Engine早在設計過程中已經預留了豐富的Hook，可以有效干涉處理過程中的幾個關鍵步驟。

云智慧透視寶PHPAgent的研發實現，當然不能影響應用系統原有的代碼，那么最簡單有效的方式必然是實現一個PHP擴展，PHPAgent利用了以下幾個Hook:

1.            zend_compile_file & zend_compile_string

加載分析文件或字符串,本身就會造成非常大的IO，如果過多地執行加載，無疑會造成內存和CPU的消耗.通過這兩個hook,可以取得文件名、執行行數、使用內存和CPU占用時間。

2.            zend_execute & zend_execute_internal

通過這兩個hook的使用,我們可以準確地分析得出一個PHP應用中的類調用、方法調用、方法參數、內存占用和CPU占用，加以分析,便可以準確得出應用系統運行過程中的方法運行棧,API調用地址,SQL語句,Cache Key以及Cache命中等關鍵信息。

3.            zend_throw_exception_hook

利用異常鉤子,可以準確地得到應用系統運行過程中出現的異常信息，當然包括異常發生的類\方法位置,參數,異常code和異常message。

4.            zend_error_cb

錯誤鉤子則更加直接，可以準確得到系統運行過程中出現的任何一個warning,代碼錯誤或語法錯誤。

圖3 PHPAgent注冊與應用Hook流程

圖4 zend_execute hook的應用示意(偽代碼)

上圖大致解釋了我們是如何運用zend_execute hook進行數據采集的: 先取得方法名,同時通過規則過濾引擎，判斷哪些是我們關注或不關注的(類\方法的黑白名單)，然后通過AGENT_BEGIN宏記錄方法開始時間,方法名,行數,內存起點與參數，在執行原有zend_execute之后,再通過AGENT_END宏記錄結束時間,內存止點。

通過上述Hook的應用,已經可以得到我們所關注的指標數據: 類\方法執行順序,執行時間，內存占用,接口\DB等資源連接,SQL語句和執行時間等。

經過嚴格的壓力測試和生產環境部署實踐,PHPAgent對原有應用系統的性能影響在5%以內.經過一些參數調配,可以將性能影響降到更低,這些參數包括:

1.      是否啟動異常鉤子

2.      是否啟動錯誤鉤子

3.      是否啟用數據采樣

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發送代理

7.      關注請求時間響應閾值

8.      關注方法時間響應閾值

四。透視寶PHPAgent監控部署流程

透視寶PHPAgent遵守SmartAgent插件規范，那么一切從SmartAgent的安裝部署開始。

1、登錄云智慧透視寶官網：https://www.toushibao.com/ ，點擊頁面右上角導航的“免費試用”，正確填寫免費試用的申請信息后會彈出下面的對話框，同時激活郵件會自動發送到你的郵箱中，按照流程注冊帳號即可。

2、注冊成功后，登錄透視寶，點擊配置-應用，在配置頁面中下載安裝Smart Agent。安裝成功后，Smart Agent會根據系統配置自動獲取主機信息，大致兩分鐘后，您就可以在“主機→服務器”模塊中查看該服務器的CPU、內存、網卡、磁盤及進程等性能數據。

3、如果要監控應用運行時代碼、主機中服務和數據庫性能數據，您需要進一步安裝和配置Smart Agent提供的各種插件，這是因為Smart Agent實現了一種開放式的插件式結構，對每個運行時代碼、服務和數據庫的監控都是通過相應的插件來實現的。

3。Smart Agent在安裝完成后，加載過程中自動發現你的應用組件，如果沒有自動監測到PHP環境，也可以手動添加PHPAgent。如上圖所示，點擊“管理”入口，進入“插件管理”，點擊頁面下部的“添加服務”，選擇PHPAgent后，點擊“創建”。

創建完畢后，點擊“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。當然，如果對于已經安裝完成的PHPAgent，也可以直接在此管理界面上方便地進行升級與降級操作。

5。安裝過程腳本默認會使用whereisphp尋找系統內PHP進行安裝。

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

執行PHPAgent/install.sh start安裝命令。

6。重啟Web Server

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

7。查看PHP應用數據

恭喜！此時配置已經完成，如果應用有正常訪問進入，您就可以在“應用”模塊中查看應用數據了。

五。透視寶PHP監控功能特點

在功能方面，透視寶無論是在PHP，還是其他如Java、.NET等主流語言的監控上，都包括：查看執行最慢的10個元素，包括元素執行次數、持續時長和占用時長百分比；查看HTTP請求參數，包括請求的響應狀態、鏈接頁面、具體的請求參數及返回結果；查看代碼執行堆棧的詳細樹狀信息，包括每個方法的計算時間、總耗時和被調用的次數，您能直接看到特殊標識的最慢方法；查看涉及SQL語句的總耗時排序，包括SQL執行總耗時、執行次數和具體的查詢語句；第三方API調用。

上圖是PHPAgent發現的某應用的資源拓撲與請求響應概述。

上圖以散點柱餅圖描述了某段時間內一個PHP應用的請求響應時間分布，可以一眼看出有問題的請求是哪些。

對于某一個單次請求事務的拓撲與代碼運行棧可以準確地進行分析:

下面是對一個應用中PHPAgent發現的一段時間內對Mysql資源操作的分析。

基于某一個集群的應用,透視寶可以自動進行總拓撲的識別和描繪。

當然，可以對已經識別的應用站點拓撲進行分組高亮。