流量一来，时间变慢，怪PHP-FPM进程数不够？

感觉PHP-FPM进程数不够？

作为一个 phper，用的最多的架构就是 LNMP。每次一到流量来了，我们的服务就从原来的几百毫秒到几秒的时间。这个时候我们各种猜测，mysql 有慢 sql，redis 有大 key，php-fpm 进程数不够等等情况。其中可以通过业务的一些日志来排查如上情况。我们这次主要证明的却是 php-fpm 进程数不够情况的实践。

重现现场

1.将我本地的的 PHP-FPM 进程数调整为 2

#vim /etc/php-fpm.d/www.conf
pm = static
pm.max_children = 2

2.使用 ab 来压测接口

$ ab -c 40  -n 3000 http://127.0.0.1/group/check_groups
Server Software:        nginx/1.16.0
Server Hostname:        miner_platform.cn
Server Port:            80
Document Path:          /group/check_groups
Document Length:        44 bytes
Concurrency Level:      40
Time taken for tests:   29.384 seconds
Complete requests:      3000
Failed requests:        0
Write errors:           0
Total transferred:      699000 bytes
HTML transferred:       132000 bytes
Requests per second:    102.10 [#/sec] (mean)
Time per request:       391.788 [ms] (mean)
Time per request:       9.795 [ms] (mean, across all concurrent requests)
Transfer rate:          23.23 [Kbytes/sec] received
Connection Times (ms)
              min  mean[+/-sd] median   max
Connect:        0    0   0.2      0       3
Processing:   306  344  80.6    318    3558
Waiting:      306  343  80.5    318    3555
Total:        307  344  80.6    318    3558
Percentage of the requests served within a certain time (ms)
  50%    318
  66%    322
  75%    333
  80%    369
  90%    428
  95%    461
  98%    508
  99%    553
 100%   3558 (longest request)

尝试解决问题

1. PHP-FPM STATUS

我们发现接口 318ms 到 3.558s 的都有，那我们如何知道 php-fpm 进程少不够导致这个问题呢？换一种说话有什么办法能让我们知道 php-fpm 内部是处理不过来吗？这个时候我们就需要打开 php-fpm 内置 status 了。

详细步骤参考：https://www.jb51.cc/php-weizijiaocheng-485633.html

$ curl http://127.0.0.1/status.php
pool:                 www
process manager:      static
start time:           29/Nov/2021:18:27:38 +0800
start since:          6493
accepted conn:        3136
listen queue:         38
max listen queue:     39
listen queue len:     128
idle processes:       0
active processes:     2
total processes:      2
max active processes: 2
max children reached: 0
slow requests:        0

具体详细的字段可以参见上面的链接，有详细说明，我们主要说下几个参数

listen queue：这个就是此时此刻我们的 php-fpm 作为服务端，处于 accept 队列的数量。
max listen queue：从 php-fpm 进程启动到现在处于等待连接的最大数量（说白了，就是我们上面说的 listen queue 的最大值持久化）
listen queue len ：有过 socket 网络编程经验的同学都知道。int listen(int sockfd, int backlog); 是可以设置该参数，但是他和系统设置有关系。

2. netstat 查看链接状态

我们得到的结论是：当 php-fpm 进程处理不过来的时候，请求就会放在 accept 队列，知道了这个情况以后，我们甚至不需要通过 status。

第一行表示的监听 socket， Recv-Q 表示 accept queue 长度。

$netstat -antp | grep php-fpm
tcp       38      0 127.0.0.1:9000          0.0.0.0:*               LISTEN      97/php-fpm: master  
tcp        8      0 127.0.0.1:9000          127.0.0.1:55540         ESTABLISHED 964/php-fpm: pool w 
tcp        8      0 127.0.0.1:9000          127.0.0.1:55536         ESTABLISHED 965/php-fpm: pool w

综上我们知道了，当 PHP-FPM 进程数不够的时候，nginx 客户端请求的连接的 accept 队列长度就会变大。这样就完了吗？不，我们还需要去分析为什么能得到这个现象。

原理分析

简述 PHP-FPM 工作过程

首先我们需要简单里说一说 php-fpm 的工作过程。我们就简单模型一下它的伪代码（这里只为了表述整个 socket 的过程）

// 1. 创建 socket
$socket = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
// 2. 绑定socket
socket_bind($socket, 0.0.0.0, 9000);
// 3. 监听 socket
socket_listen($socket, 5);
for($i=0;$i<2;$i++) {
    $pid = pcntl_fork()
    // 4. 创建2个进程
    if ($pid == 0) {
        // 5. 子进程接受socket
        while($fd = socket_accept($socket)) {
            echo 客户端${fd}连接 . PHP_EOL;
            $tmp = socket_read($fd, 1024);
            echo client data: . $tmp . PHP_EOL;
            $data = HTTP/1.1 200 ok\r\nContent-Length:2\r\n\r\nhi;
            socket_write($fd, $data, strlen($data));
        }    
        exit;
    }
}
// 5. 监听子进程退出
// 其他 TODO

1.master 进程创建了监听 socket，但是不处理业务正在

2.work 进程接受同步堵塞接受请求（堵塞在 accept），然后处理业务。

抓取 nginx->php-fpm socket

我们知道了 php-fpm 大概工作的过程，这个时候我们就需要通过一次请求大概知道 nginx 与 php-fpm 交互的过程。

$curl http://miner_platform.cn/group/check_groups
{code:10006,message:sign\u65e0\u6548.}

1.nginx 系统调用

需要关注的点都在这个里面注释了。抓取的是 nginx work 进程

$ strace -f -s 64400 -p 958
 strace: Process 958 attached
 epoll_wait(8, [{EPOLLIN, {u32=1226150064, u64=94773974503600}}], 512, -1) = 1
 accept4(6, {sa_family=AF_INET, sin_port=htons(46616), sin_addr=inet_addr(127.0.0.1)}, [112->16], SOCK_NONBLOCK) = 3
 epoll_ctl(8, EPOLL_CTL_ADD, 3, {EPOLLIN|EPOLLRDHUP|EPOLLET, {u32=1226159737, u64=94773974513273}}) = 0
 epoll_wait(8, [{EPOLLIN, {u32=1226159737, u64=94773974513273}}], 512, 60000) = 1
 recvfrom(3, GET /group/check_groups HTTP/1.1\r\nUser-Agent: curl/7.29.0\r\nHost: miner_platform.cn\r\nAccept: */*\r\n\r\n, 1024, 0, NULL, NULL) = 99
 stat(/data/miner_platform/src/public/group/check_groups, 0x7ffcb593d1b0) = -1 ENOENT (No such file or directory)
 stat(/data/miner_platform/src/public/group/check_groups, 0x7ffcb593d1b0) = -1 ENOENT (No such file or directory)
 epoll_ctl(8, EPOLL_CTL_MOD, 3, {EPOLLIN|EPOLLOUT|EPOLLRDHUP|EPOLLET, {u32=1226159737, u64=94773974513273}}) = 0
 lstat(/data, {st_mode=S_IFDIR|0777, st_size=4096, ...}) = 0
 lstat(/data/miner_platform, {st_mode=S_IFDIR|0777, st_size=4096, ...}) = 0
 lstat(/data/miner_platform/src, {st_mode=S_IFDIR|0777, st_size=4096, ...}) = 0
 lstat(/data/miner_platform/src/public, {st_mode=S_IFDIR|0777, st_size=4096, ...}) = 0
 getsockname(3, {sa_family=AF_INET, sin_port=htons(80), sin_addr=inet_addr(127.0.0.1)}, [112->16]) = 0
 // 1. 创建 socket    
 socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP) = 11
 ioctl(11, FIONBIO, [1])                 = 0
 epoll_ctl(8, EPOLL_CTL_ADD, 11, {EPOLLIN|EPOLLOUT|EPOLLRDHUP|EPOLLET, {u32=1226163953, u64=94773974517489}}) = 0
 // 2. 连接 127.0.0.1:9000    
 connect(11, {sa_family=AF_INET, sin_port=htons(9000), sin_addr=inet_addr(127.0.0.1)}, 16) = -1 EINPROGRESS (Operation now in progress)    
 epoll_wait(8, [{EPOLLOUT, {u32=1226159737, u64=94773974513273}}, {EPOLLOUT, {u32=1226163953, u64=94773974517489}}], 512, 60000) = 2
 getsockopt(11, SOL_SOCKET, SO_ERROR, [0], [4]) = 0
 // 3. 按照FASTCGI协议写入这次请求     
 writev(11, [{iov_base=\1\1\0\1\0\10\0\0\0\1\0\0\0\0\0\0\1\4\0\1\2!\7\0\17)SCRIPT_FILENAME/data/miner_platform/src/public/index.php\f\0QUERY_STRING\16\3REQUEST_METHODGET\f\0CONTENT_TYPE\16\0CONTENT_LENGTH\v\nSCRIPT_NAME/index.php\v\23REQUEST_URI/group/check_groups\f\nDOCUMENT_URI/index.php\r\37DOCUMENT_ROOT/data/miner_platform/src/public\17\10SERVER_PROTOCOLHTTP/1.1\16\4REQUEST_SCHEMEhttp\21\7GATEWAY_INTERFACECGI/1.1\17\fSERVER_SOFTWAREnginx/1.16.0\v\tREMOTE_ADDR127.0.0.1\v\5REMOTE_PORT46616\v\tSERVER_ADDR127.0.0.1\v\2SERVER_PORT80\v\21SERVER_NAMEminer_platform.cn\17\3REDIRECT_STATUS200\17\vHTTP_USER_AGENTcurl/7.29.0\t\21HTTP_HOSTminer_platform.cn\v\3HTTP_ACCEPT*/*\0\0\0\0\0\0\0\1\4\0\1\0\0\0\0\1\5\0\1\0\0\0\0, iov_len=592}], 1) = 592
 epoll_wait(8, [{EPOLLIN|EPOLLOUT, {u32=1226163953, u64=94773974517489}}], 512, 60000) = 1
 // 4. 接受 PHP-FPM响应结果   
 recvfrom(11, \1\6\0\1\0\257\1\0X-Powered-By: PHP/7.2.16\r\nCache-Control: no-cache, private\r\nDate: Wed, 01 Dec 2021 12:24:52 GMT\r\nContent-Type: application/json\r\n\r\n{\code\:10006,\message\:\sign\\u65e0\\u6548.\}\0\1\3\0\1\0\10\0\0\0\0\0\0\0\}\0, 4096, 0, NULL, NULL) = 200
 epoll_wait(8, [{EPOLLIN|EPOLLOUT|EPOLLRDHUP, {u32=1226163953, u64=94773974517489}}], 512, 60000) = 1
 readv(11, [{iov_base=, iov_len=3896}], 1) = 0
 // 5. 关闭这次socket连接    
 close(11)                               = 0
 // 6. 响应给浏览器    
 writev(3, [{iov_base=HTTP/1.1 200 OK\r\nServer: nginx/1.16.0\r\nContent-Type: application/json\r\nTransfer-Encoding: chunked\r\nConnection: keep-alive\r\nX-Powered-By: PHP/7.2.16\r\nCache-Control: no-cache, private\r\nDate: Wed, 01 Dec 2021 12:24:52 GMT\r\n\r\n, iov_len=222}, {iov_base=2c\r\n, iov_len=4}, {iov_base={\code\:10006,\message\:\sign\\u65e0\\u6548.\}, iov_len=44}, {iov_base=\r\n, iov_len=2}, {iov_base=0\r\n\r\n, iov_len=5}], 5) = 277
 write(5, 127.0.0.1 - - [01/Dec/2021:20:24:52 +0800] \GET /group/check_groups HTTP/1.1\ 200 55 \-\ \curl/7.29.0\ \-\ 1.029 127.0.0.1:9000 200 1.030\n, 138) = 138
 setsockopt(3, SOL_TCP, TCP_NODELAY, [1], 4) = 0
 epoll_wait(8, [{EPOLLIN|EPOLLOUT|EPOLLRDHUP, {u32=1226159737, u64=94773974513273}}], 512, 65000) = 1
 recvfrom(3, , 1024, 0, NULL, NULL)    = 0
 close(3)                                = 0
 epoll_wait(8,

2.php-fpm 系统调用

抓取了 php-fpm work 进程

// 1. accept 接收到了 nginx(127.0.0.1:45512 ) 客户端发送的数据
965   accept(9, {sa_family=AF_INET, sin_port=htons(45512), sin_addr=inet_addr(127.0.0.1)}, [112->16]) = 4
中间省略了许多
// 2. 响应给客户端
965   write(4, \1\6\0\1\0\257\1\0X-Powered-By: PHP/7.2.16\r\nCache-Control: no-cache, private\r\nDate: Wed, 01 Dec 2021 12:37:18 GMT\r\nContent-Type: application/json\r\n\r\n{\code\:10006,\message\:\sign\\u65e0\\u6548.\}\0\1\3\0\1\0\10\0\0\0\0\0\0\0p\0\0, 200) = 200
// 3. 不给给这个socket 写数据了
965   shutdown(4, SHUT_WR)              = 0
// 4. 接受nginx(127.0.0.1:45512 )客户端数据 
965   recvfrom(4, \1\5\0\1\0\0\0\0, 8, 0, NULL, NULL) = 8
// 5. 接受nginx(127.0.0.1:45512 )客户端数据 
965   recvfrom(4, , 8, 0, NULL, NULL) = 0
// 6. 关闭这个连接
965   close(4)                          = 0
965   lstat(/data/miner_platform/src/vendor/composer/../../app/Http/Middleware/BusinessHeaderCheck.php, {st_mode=S_IFREG|0777, st_size=989, ...}) = 0
965   stat(/data/miner_platform/src/app/Http/Middleware/BusinessHeaderCheck.php, {st_mode=S_IFREG|0777, st_size=989, ...}) = 0
965   chdir(/)                        = 0
965   times({tms_utime=3583, tms_stime=1977, tms_cutime=0, tms_cstime=0}) = 4315309933
965   setitimer(ITIMER_PROF, {it_interval={tv_sec=0, tv_usec=0}, it_value={tv_sec=0, tv_usec=0}}, NULL) = 0
965   fcntl(3, F_SETLK, {l_type=F_UNLCK, l_whence=SEEK_SET, l_start=0, l_len=0}) = 0
965   setitimer(ITIMER_PROF, {it_interval={tv_sec=0, tv_usec=0}, it_value={tv_sec=0, tv_usec=0}}, NULL) = 0
965   accept(9,

TCP 三次握手

上面我们已经清楚了一次请求，请求并发高的时候流程也是如此，这个时候我们就引出了下面这个图与我们上面描述的过程是一样的，只是细化了三次握手的过程。这个时候我们引出了 sync queue 和 accept queue。

我们调用 listen (上面是 php-fpm master 进程执行的)，于此同时内核创建了两个队列 sync queue 和 accept queue
三次握手第二步当 Server (指的是 php-fpm master 进程) 发送了 SYN+ACK 报文后，此时会将这个信息放入到 sync queue
当三次握手完成时，未被应用 (指的是 php-fpm work 进程) 调用 accept 取走的连接队列。此时的 socket 处于 ESTABLISHED 状态。每次应用调用 accept() 函数会移除队列头的连接。如果队列为空，accept () 通常会阻塞。全连接队列也被称为 accept queue。

结论

经过上面的分析，我们知道了什么是 sync queue 和 accept queue。应用程序与 accept queue 与内核就是一个生产消费模型。内核为生产者，accept queue 存储队列信息，应用程序为消费者。使用过队列的同学都知道，当并发高的时候，队列里的数据就多，或者生产者消费的慢就会导致后面的连接处理的越来越慢，因此通常的做法就是增加消费者，提高消费速度这两个方案。这也与我们上面的现象不谋而合。

流量一来，时间变慢，怪PHP-FPM进程数不够？

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