Дмитрий Стогов

Confidential - © All rights reserved. Zend Technologies, Inc.1
Copyright - © All rights reserved. Zend Technologies, Inc.
Анализ внутренних изменений PHP 7
Dmitry Stogov
CodeFest 2016, Новосибирск
Principal Engineer at Zend Technologies

Copyright - © All rights reserved. Zend Technologies, Inc.2
PHP – Personal Home Page
●
Инструмент для создания персональных веб-страниц
●
Первый релиз PHP/FI 2.0 от Rasmus Lerdorf 8 июня 1995
●
В 1998 Andi Gutmans и Zeev Suraski выпустили PHP 3
●
PHP 4 основанный на Zend Engine вышел в 2000
●
PHP 5 с переработанным функционалом ООП вышел в 2004
●
ZendFramework в 2007
●
Сегодня более 70% сайтов интернета используют PHP
●
C 2010 Facebook работает над альтернативной реализацией - HHVM
●
В декабре 2015 вышел PHP 7

Кто Я?
●
Работаю в ИТ с 1991
●
Первое знакомство с PHP в 2002
●
Автор Turck MMCache (eAccelerator)
●
Работаю в Zend Technologies с 2004
●
Сейчас ведущий инженер
●
Автор ext/soap и pecl/perl
●
Один из ведущих разработчиков Open Source PHP
●
Майнтейнер Zend OPcache
●
Лидер проекта PHPNG легшего в основу PHP 7

Производительность PHP
0 2 4 6 8 10 12 14
12.68
12.54
4.68
4.2
2.91
2.18
2.03
1.92
0.78
0.38
bench.php [sec]
4.4
5.0 - Jul 2004
5.1 - Nov 2005
5.2 - Nov 2006
5.3 - Nov 2009
5.4 - Mar 2012
5.5 - Jun 2013
5.6 - Aug 2014
7.0.0 - Dec 2015
HHVM-3.10.0
secAre we there?

PHPNG (New Generation)
●
Проект получил свое развитие после попыток создания JIT для PHP
●
Рефакторинг (ни каких нововведений, 100% совместимость с PHP 5)
●
Основная цель — достичь нового уровня производительности и
заложить базу для будущих улучшений
●
Отделился от основной ветки PHP в январе 2014
●
Две недели ушло на то что-бы просто скомпилировать ядро
●
Еще через две недели заработал bench.php
●
Полтора месяца для обеспечения совместимости с Wordpress
●
Еще через месяц (к 9 Мая) мы открыли проект
●
В августе 2014 принят как основа для будущего PHP 7

PHP 7
●
Было решено выпускать PHP 7 после PHP 5, пропустив PHP 6
●
GA релиз состоялся в декабре 2015
●
Сейчас доступен PHP-7.0.4
●
Возможность определять скалярные типы аргументов функций и
возвращаемых значений
●
Исключения вместо фатальных ошибок
●
Анонимный классы
●
Zero-cost assert()
●
Новые операторы и функции (<=>, ??)
●
Чистка неконсистентностей

Производительность PHP
0 50 100 150 200 250
54
51
56
67
76
91
93
101
232
206
WordPress-3.6.0 Home Page [req/sec]
4.4
5.0 - Jul 2004
5.1 - Nov 2005
5.2 - Nov 2006
5.3 - Nov 2009
5.4 - Mar 2012
5.5 - Jun 2013
5.6 - Aug 2014
7.0.0 - Dec 2015
HHVM-3.10.0
req/sec
We are here!

zval (PHP 5)
typedef struct _zval_struct {
union {
long lval;
double dval;
struct {
char *val;
int len;
} str;
HashTable *ht;
struct {
zend_object_handle handle;
zend_object_handlers *handlers;
} obj;
} value;
zend_uint refcount;
zend_uchar type;
zend_uchar is_ref;
} zval;
sizeof(zval) == 24
$a = 1; $b = $a; $c = «hello»; $d = $c;
$b
$c
$a
$d
VM STACK (pointers to zvals) HEAP
string( ), rc=2
int(1), rc=2
«hello»
● read type - 2 CPU instructions
● read int value - 2 CPU instructions
● read string value - 3 CPU instructions

zval (PHP 5 PHP 7)→
union {
long lval;
double dval;
struct {
char *val;
int len;
} str;
HashTable *ht;
struct {
zend_object_handle handle;
zend_object_handlers *handlers;
} obj;
} value;
zend_uint refcount;
zend_uchar type;
zend_uchar is_ref;
} zval;
sizeof(zval) == 24
union {
zend_long lval;
double dval;
zend_refcounted *counted;
zend_string *str;
zend_array *arr;
zend_object *obj;
zend_resource *res;
zend_reference *ref;
zval *zv;
void *ptr;
} value;
union {
struct {
zend_uchar type;
zend_uchar type_flags;
} v;
zend_uint type_info;
};
uint32_t reserved;
} zval;
sizeof(zval) == 16
new

zval (PHP 5 PHP 7)→
● read type - 1 CPU instruction
● read int value - 1 CPU instruction
$b
$c
$a
$d
int(1)
string( )
int(1)
string( )
VM STACK (zvals) HEAP
string, rc=2
«hello»
$a = 1; $b = $a; $c = «hello»; $d = $c;
$b
$c
$a
$d
string( ), rc=2
int(1), rc=2
«hello»
● read type - 2 CPU instructions
● read int value - 2 CPU instructions

zval (PHP 5 PHP 7) Copy On Write→
● no CoW for scalars – few instructions
$b
$c
$a
$d
int(2)
string( )
int(1)
string( )
VM STACK (zvals) HEAP
string, rc=2
«hello»
$a = 1; $b = $a; $c = «hello»; $d = $c; $b = 2;
$b
$c
$a
$d
string( ), rc=2
int(1), rc=1
«hello»
● CoW - hundreds CPU instructions
int(2), rc=1

zval
type_flags
value
type reserved
● IS_UNDEF
● IS_NULL
● IS_FALSE
● IS_TRUE
● IS_LONG
● IS_DOUBLE
● IS_STRING
● IS_ARRAY
● IS_OBJECT
● IS_RESOURCE
● IS_REFERENCE
● IS_INDIRECT
● IS_PTR
● IS_TYPE_CONSTANT
● IS_TYPE_REFCOUNTED
● IS_TYPE_COLLECTABLE
● IS_TYPE_COPYABLE
● IS_TYPE_IMMUTABLE
0 7 8 31 32 63
new type
old IS_BOOL
scalars
refcounted
new type

zval (refcounted)
● IS_STRING
● IS_ARRAY
● IS_OBJECT
● IS_RESOURCE
● IS_REFERENCE
type_flags
value
type reserved
...
typerefcount flags gc_info
0 7 8 31 32 63

zval (string)
● IS_STR_PERSISTENT
● IS_STR_INTERNED
● IS_STR_PERMANENTflags
value
type reserved
hash_value
len
val
...
0 7 8 31 32 63

zval (array)
flags
value
type reserved
HashTable
● IS_ARRAY_IMMUTABLE
0 7 8 31 32 63

PHP 5.6 PHP 7
Memory Usage 428 MB 34 MB
Time 0.49 sec 0.06 sec
$a = array();
for ($i = 0; $i < 1000000; $i++) $a[$i] = array("hello");
echo memory_get_usage(true);
if (in array($color, array(“red”, “yellow”, “green”)) {
...
}
Immutable Arrays (Неизменяемые массивы)

zval (object/PHP 5)
handlers
zend_class_entry *ce
typerefcount is_ref unused
zval *propertyN
HashTable *guards
0 7 8 31 32 63
handle
...
...
...
HashTable *properies
zval *property1
...
zval
zval
HEAP
OBJECT STORE

zval (object/PHP 7)
● IS_OBJ_DTOR_CALLED
● IS_OBJ_FREE_CALLED
● IS_OBJ_USE_GUARDS
● IS_OBJ_HAS_GUARDS
flags
value
type reserved
zend_class_entry *ce
zend_object_handlers *handlers
HashTable *properies
...
zval property_N
zval property1
HashTable *guards (optional)
0 7 8 31 32 63

zval (reference)
flags
value
type reserved
zval val
0 7 8 31 32 63

HashTable (PHP 5.*)
nKeyLenght
hash_val
Bucket
pData
pDataPtr
pListNext
pListPrev
pNext
pPrev
arKey
pInternalPointer
nTableSize
nNextFreeElement
nTableMask
nNumOfElem
pListHead
pListTail
arBuckets
pDestructor
HashTable
nKeyLenght
hash_val
Bucket
pData
pDataPtr
pListNext
pListPrev
pNext
pPrev
arKey
type
value
zval
Bucket*
Bucket*
...
Bucket*
«hello»

HashTable (PHP 7)
Bucket index N
...
Bucket index 0
key
hash_val
Bucket 0
val
...
key
hash_val
Bucket N
val
gc
flags
arData
nTableMask
nNumUsed nNumOfElem
nNextFreeElement
HashTable/zend_array
nInternalPtrnTableSize
pDestructor
string, rc=1
«hello»

HashTable
●
Размер HashTable уменьшен с 72 до 56 bytes
● Размер каждого Bucket-а уменьшен с 72 до 32 bytes
● Пространство выделяется под все Bucket-ы сразу
● Bucket.key теперь указатель на zend_string и не должен копироваться
(достаточно увеличения счетчика ссылок)
● Значения элементов массива (zval) встроены в Bucket-ы и не требуют
выделения памяти
● Улучшена “data locality” => меньше промахов в кашах CPU

zval (IS_BOOL -> IS_FALSE + IS_TRUE)
ZEND_VM_HANDLER(43, ZEND_JMPZ,
CONST|TMP|VAR|CV, ANY)
{
long ret;
zval *val =
GET_OP1_ZVAL_PTR(BP_VAR_R);
if (Z_TYPE_P(val) == IS_BOOL)) {
ret = Z_LVAL_P(val);
} else {
ret = i_zend_is_true(val TSRMLS_CC);
FREE_OP1();
CHECK_EXCEPTION();
}
if (!ret) {
ZEND_VM_SET_OPCODE(
opline->op2.jmp_addr);
ZEND_VM_CONTINUE();
}
ZEND_VM_NEXT_OPCODE();
}
ZEND_VM_HANDLER(43, ZEND_JMPZ,
CONST|TMP|VAR|CV, ANY)
{
zval *val =
GET_OP1_ZVAL_PTR_UNDEF(BP_VAR_R);
if (Z_TYPE_P(val) == IS_TRUE) {
ZEND_VM_SET_OPCODE(opline + 1);
ZEND_VM_CONTINUE();
} else if (Z_TYPE_P(val) <= IS_TRUE) {
ZEND_VM_SET_OPCODE(opline->op2.jmp_addr);
ZEND_VM_CONTINUE();
}
if (i_zend_is_true(val TSRMLS_CC)) {
opline++;
} else {
opline = opline->op2.jmp_addr;
}
FREE_OP1();
ZEND_VM_JMP(opline);
}
type check
value read
value check
type check
slow path
slow path

VM Calling Convention (PHP 5.*)
RECV 1, $a
RECV 2, $b
ADD $a,$b,TMP1
RETURN TMP1
foo:
_main:
SEND_VAL 3
SEND_VAL 5
DO_FCALL “foo”/2
RETURN null
function foo($a, $b) {
return $a + $b;
}
foo(3, 5);
VM STACK (pointers to zvals)
...
...
...

RECV 1, $a
RECV 2, $b
ADD $a,$b,TMP1
RETURN TMP1
foo:
_main:
SEND_VAL 3
SEND_VAL 5
RETURN null
return $a + $b;
}
foo(3, 5);
...
... int(3), rc=1
HEAP
Arg1:
Arg2:

RECV 1, $a
RECV 2, $b
ADD $a,$b,TMP1
RETURN TMP1
foo:
_main:
SEND_VAL 3
SEND_VAL 5
RETURN null
return $a + $b;
}
foo(3, 5);
... int(3), rc=1
int(5), rc=1
HEAP
Arg1:
Arg2:

RECV 1, $a
RECV 2, $b
ADD $a,$b,TMP1
RETURN TMP1
foo:
_main:
SEND_VAL 3
SEND_VAL 5
RETURN null
return $a + $b;
}
foo(3, 5);
CALL FRAME
...
...
...
... int(3), rc=1
int(5), rc=1
HEAP
Arg1:
Arg2:
$a:
$b:

RECV 1, $a
RECV 2, $b
ADD $a,$b,TMP1
RETURN TMP1
foo:
_main:
SEND_VAL 3
SEND_VAL 5
RETURN null
return $a + $b;
}
foo(3, 5);
CALL FRAME
...
...
... int(3), rc=2
int(5), rc=1
HEAP
Arg1:
Arg2:
$a:
$b:

RECV 1, $a
RECV 2, $b
ADD $a,$b,TMP1
RETURN TMP1
foo:
_main:
SEND_VAL 3
SEND_VAL 5
RETURN null
return $a + $b;
}
foo(3, 5);
CALL FRAME
...
... int(3), rc=2
int(5), rc=2
HEAP
Arg1:
Arg2:
$a:
$b:

RECV 1, $a
RECV 2, $b
ADD $a,$b,TMP1
RETURN TMP1
foo:
_main:
SEND_VAL 3
SEND_VAL 5
RETURN null
return $a + $b;
}
foo(3, 5);
CALL FRAME
int(8)
... int(3), rc=2
int(5), rc=2
HEAP
Arg1:
Arg2:
$a:
$b:

RECV 1, $a
RECV 2, $b
ADD $a,$b,TMP1
RETURN TMP1
foo:
_main:
SEND_VAL 3
SEND_VAL 5
RETURN null
return $a + $b;
}
foo(3, 5);
...
...
...

VM Calling Convention (PHP 7)
RECV 1, $a
RECV 2, $b
ADD $a,$b,TMP1
RETURN TMP1
foo:
_main:
return $a + $b;
}
foo(3, 5);
VM STACK (zvals)
...SEND_VAL 3
SEND_VAL 5
DO_FCALL
RETURN null
INIT_FCALL “foo”/2
new instruction
embedded zvals
instead of pointers

RECV 1, $a
RECV 2, $b
ADD $a,$b,TMP1
RETURN TMP1
foo:
_main:
return $a + $b;
}
foo(3, 5);
VM STACK (zvals)
CALL FRAME
...
...
...
...SEND_VAL 3
SEND_VAL 5
DO_FCALL
RETURN null
Arg1:
Arg2:

RECV 1, $a
RECV 2, $b
ADD $a,$b,TMP1
RETURN TMP1
foo:
_main:
return $a + $b;
}
foo(3, 5);
VM STACK (zvals)
CALL FRAME
int(3)
...
...
...SEND_VAL 3
SEND_VAL 5
DO_FCALL
RETURN null
Arg1:
Arg2:

RECV 1, $a
RECV 2, $b
ADD $a,$b,TMP1
RETURN TMP1
foo:
_main:
return $a + $b;
}
foo(3, 5);
VM STACK (zvals)
CALL FRAME
int(3)
int(5)
...
...SEND_VAL 3
SEND_VAL 5
DO_FCALL
RETURN null
Arg1:
Arg2:

RECV 1, $a
RECV 2, $b
ADD $a,$b,TMP1
RETURN TMP1
foo:
_main:
return $a + $b;
}
foo(3, 5);
VM STACK (zvals)
CALL FRAME
int(3)
int(5)
...
...SEND_VAL 3
SEND_VAL 5
DO_FCALL
RETURN null
skip first 2 instructions
Arg1, $a:
Arg2, $b:
local variables already in-place

RECV 1, $a
RECV 2, $b
ADD $a,$b,TMP1
RETURN TMP1
foo:
_main:
return $a + $b;
}
foo(3, 5);
VM STACK (zvals)
CALL FRAME
int(3)
int(5)
int(8)
...SEND_VAL 3
SEND_VAL 5
DO_FCALL
RETURN null
Arg1, $a:
Arg2, $b:

RECV 1, $a
RECV 2, $b
ADD $a,$b,TMP1
RETURN TMP1
foo:
_main:
return $a + $b;
}
foo(3, 5);
VM STACK (zvals)
...SEND_VAL 3
SEND_VAL 5
DO_FCALL
RETURN null
NOTE:
● func_get_arg*() changed behavior
● function foo($_, $_) {} is not allowed

Новый менеджер памяти
●
В PHP 5 менеджмент памяти потребляет более 20% процессорного времени
(на Wordpress)
●
Новый ММ отказался от алгоритмов dlmalloc и перешел на что-то
напоминающее jemalloc
●
Уменьшены издержки памяти на служебную информацию
●
Использование поиска по битовой маске вместо обхода списков и деревьев
●
Лучшее использование кэшей CPU
●
Специализация под часто используемые размеры блоков
●
Полностью прозрачная реализация
●
Накладные расходы ММ уменьшены до 5%

if (zend_parse_parameters(ZEND_NUM_ARGS() TSRMLS_CC, "za|b",
&value, &array, &strict) == FAILURE) {
return;
}
ZEND_PARSE_PARAMETERS_START(3, 2)
Z_PARAM_ZVAL(value)
Z_PARAM_ARRAY(array)
Z_PARAM_OPTIONAL
Z_PARAM_BOOL(strict)
ZEND_PARSE_PARAMETERS_END();
Быстрое API для разбора параметров
●
В PHP 5 5% времени тратится на разбор параметров
внутренних функций
●
Для некоторых простых функций время на разбор параметров
составляет более 90%

Множество мелких усовершенствований
●
Новые инструкции VM (конкатенация строк, специализация, супер-инструкции)
●
Некоторые внутренние функции превращены в инструкции VM (strlen, is_int)
●
Использование регистров CPU под регистры VM (IP и FP)
●
Новый API для итерации по HashTable
●
Оптимизация функций дублирования и удаления массивов
●
Использования счетчиков ссылок вместо копирования везде где можно
●
PCRE JIT
●
Оптимизация внутренних функций
●
Оптимизация serialize()
●
Уменьшение размера кода и обрабатываемых данных

Откуда ускорение? (WordPress/PHP 5.6)

Откуда ускорение? (WordPress/PHP 7.0)

PHP 5.6 PHP 7.0 улучшение
VM 27% 19,494M 46% 9,005M 2 раза
alloc 22% 15,575M 5% 905M 17 раз
hash 13% 9,590M 13% 2.450M 4 раза
libc 6% 4.585M 8% 1,598M 3 раза
Total: 100% 70,798M 100% 19,462M 3.5 раз
Откуда ускорение? (WordPress)

Производительность PHP 7
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov
0
5
10
15
20
25
30
24.04 24.04 24.04
22.64
18.62
16.37
15.28 14.86
14.16 13.83 13.56 13.28
12.58 12.39
11.67 11.48 11.08 11.04 10.88 10.69 10.5 10.4 10.4
sec
●
Время исполнения 1000 запросов к Wordpress-3.6.0
●
php-cgi -T 1000 /.../wordpress/index.php > /dev/null

PHP-5.6 PHP-7.0.0 разница HHVM-3.10.0 разница
ZF1 Hello 1,144 2,557 124% 1,526 40%
ZF2 Test 258 614 138% 390 36%
Magento (home) 43 73 70% 65 11%
SugarCRM (login) 134 307 129% 204 34%
Laravel 304 553 82% 447 19%
Drupal 7 192 372 94% 331 11%
Drupal 8 428 655 94% 526 11%
Mediawiki 46 79 72% 85 -8%
Wordpress-4.1 92 222 82% 210 19%
PHP 5.6 против PHP 7.0 против HHVM

PHP 5.6 против PHP 7.0 против HHVM
ZF1 Hello
ZF2 Test
Magento (home)
SugarCRM (login)
Laravel
Drupal 7
Drupal 8
Mediawiki
Wordpress-4.1
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
PHP 5.6
PHP 7.0
HHVM 3.10.0

PHP 5 против PHP 7 против HHVM (версия Facebook)

Проверка в деле

Badoo перешли на PHP 7.0 и сэкономили $1M

Что дальше?
●
Попробуем обойтись без революционных внутренних изменений
●
Анализатор потоков данных и глобальный оптимизатор для байт-кода PHP
●
Вывод типов
●
Использование типизированных инструкций (ADD, ADD_LONG, ADD_DOUBLE)
●
Экстра-специализация инструкций (DO_FCALL_RET, DO_FCALL_NORET)
●
Оптимизация диспетчеризации виртуальных инструкций (надо менять GCC)
●
Надо что-то делать с CALL/RETURN.
●
И еще раз JIT?

Что дальше?
0 2 4 6 8 10 12 14
12.68
12.54
4.68
4.2
2.91
2.18
2.03
1.92
0.78
0.6
0.36
bench.php [sec]
4.4
5.0 - Jul 2004
5.1 - Nov 2005
5.2 - Nov 2006
5.3 - Nov 2009
5.4 - Mar 2012
5.5 - Jun 2013
5.6 - Aug 2014
7.0.0 - Dec 2015
7.1-dev Mar 2016
HHVM-3.12.1
secNext Step!

Дмитрий Стогов

More Related Content

What's hot

Similar to Дмитрий Стогов

More from CodeFest

Дмитрий Стогов