php与mysql通讯那点事

BUG、BUG,似乎末学的学习历程都是因为BUG引起的:
在我们的一款WebGame的生产环境中,一次无意的strace抓包时,发现了php与mysql大量通讯的数据。这种情况,在游戏服务器刚启动时,是正常的,但如果是运行一段时间之后,出现大量SELECT的SQL查询,绝对是有问题的,而且,所操作的数据库并不是配置库,那意味着,我们程序员的程序出现了违规的操作。具体结果大约如下:strace跟踪php进程与mysql通讯的日志
如上图所示,php持续接收读取进程内描述符为3的响应包数据,描述符为3的为php与mysql建立的TCP通讯链接,这点也可以从313行的SELECT语句来确认。(原始数据丢失了,我模仿了一条。所以是配置库的SQL语句)

这是什么程序,想实现什么逻辑?为何要取这么多数据?
跟着这里的SELECT的sql语句,我定位到了相应的程序段:

/*
**  业务逻辑的代码
*/
public function SItem($roleId,$baseId) {
    //...
    // ############写出下面这种代码的人都得死.##################
    $this->dbrRole->select('*');
    $this->dbrRole->from('role_items');
    $this->dbrRole->where('role_id',$roleId);
    $this->dbrRole->where('baseId',$baseId);
    $result = $this->dbrRole->get()->row(); //看上去,这里好像正常,我们都以为框架会给我们只取一条。
    //...
}

我们从代码上来看,好像明白程序员想根据对应的role_id到role_items表里取一条想符合的数据,所以,他调用了row方法,来取一条。看上去,这里好像正常,我们都以为框架会给我们只取一条。但实际上,框架是如何处理的呢?

我们来看下框架的对应row方法的实现过程。对了,我们是CodeIgniter框架的一个较老的版本。

/*
**  框架中,DB drive中,row相关方法的代码
**
*/
public function row($n = 0,$type = 'array'){
    if(!is_numeric($n)){
        if(! is_array($this->_rowData)){
            $this->_rowData = $this->rowArray(0);
        }
        if(isset($this->_rowData[$n])){
            return $this->_rowData[$n];
        }
        $n = 0;
    }
    return ($type == 'object') ? $this->rowObject($n) : $this->rowArray($n);
}

//继续跟进rowArray方法
public function rowArray($n = 0){
    $result = $this->resultArray();
    if(count($result) == 0){
        return $result;
    }

    if($n != $this->_current && isset($result[$n])){
        $this->_current = $n;
    }

    return $result[$this->_current];
}

//继续跟进resultArray方法 ###这个方法是重点###
public function resultArray(){
    if(count($this->resultArray) > 0){
        return $this->resultArray;
    }

    if(false === $this->resulter || 0 == $this->recordCount()){
        return array();
    }

    $this->_dataSeek(0);
    while($row = $this->_fetchAssoc()){
        $this->resultArray[] = $row;    //###########这个数组每次都增加_fetchAssoc()结果的内存大小数量#########################
    }
    return $this->resultArray;
}

//继续跟进_fetchAssoc方法
/*
** 对应driver的_fetchAssoc方法的代码
*/
protected function _fetchAssoc(){
    return mysql_fetch_assoc($this->resulter);
}

我们可以看到CodeIgniter框架的resultArray方法使用mysql(我们的php调用mysql的api用的是mysql函数,有点绕,后面解释)的mysql_fetch_assoc函数对缓冲区的数据进行遍历转换。将所有缓冲区的数据全部复制给$this->resultArray属性,再判断row方法中所需要的key的结果是否存在,再与返回的。

也就是说,框架层并没有只从mysql server(潜意识上的mysql server)那边取一条给我们调用者,而是取了所有结果,再返回一条。(先别喷,后面解释) 当然,CI这种做法,也不是错。但我觉得有更好的改进方法。

这个问题,我们组的dietoad (征婚) 发现了这个问题,并给了修复方案。有些同学认为,这是程序员的错,程序员的SELECT语句没有加limit来限制条数。这我绝对赞同,而且,觉得写出这种代码的人都得死。

  • 业务层:为这种业务需求的SQL语句加上limit限制
  • 框架层:框架对于这种需求,自动控制,发现这种情况,直接返回1条

对于解决方案1,我写了一个正则,匹配select()方法被调用之后,row()方法被调用之前,中间没有使用limit()方法的所有代码,结果,发现量并不小。后来,我们决定两种方案同时实施,防止第二种出现漏掉的情况。

dietoad给出如下改进:

/*
**  //改进为当_rowData不存在时,从_rowData的数量开始取,取小于$n条记录,避免 上面 resultArray方法中从缓冲区取所有数据,复制双倍数据,占用内存的情况
*/
public function row ($n = 0, $type = 'array')
{
    if(isset($this->_rowData[$n]))
    {
        return $this->_rowData[$n];
    }
    if (! is_numeric($n))
    {
        return $this->rowObject($n);
    }

    $ln=count($this->_rowData);
    //继续上次位置
    while($ln++<=$n&&$r=$this->_fetchAssoc())
    {
       $this->_rowData[]=$r;
    }
    //需要几条就读几条
    //防止记录集为空报warning
    return isset($this->_rowData[$n])?$this->_rowData[$n]:array();
}

在今年的4月末,鄙人写过另一篇关于CodeIgniter框架的设计缺陷问题,给我们游戏项目带来较大的影响,后来提交到github issues,并没得到回复,想了想,虽然官方的2.1.3版本中,也存在这个小问题。不过我觉得,这就不提交了,或许,我们的做法也符合他们的设计初衷。不过,我们还是在我们的项目中改进了。

如此改进之后,我们使用php的memory_get_usage()函数观察前后两个row()方法的结果时,果然发现内存使用情况有较大改善(改善幅度取决于SELECT的返回数据量)。

似乎,到这里就应该结束了,问题就这么被发现,被解决了。

但,我总觉得少了些什么呢?当我再次strace抓包时,发现仍然存在大量的数据通讯,就像文章开头的那副截图一模一样。然而,这又是什么原因呢?
我顺手写了个内存占用的测试代码如下:

$db = mysql_connect('192.168.xx.xx','xxxx','xxxx');
$sql = 'SELECT * from items';
mysql_select_db('jv01',$db);
echo 'SELECT_DB: ',convert(memory_get_usage()),"\n";     //619.26 kb

$r = mysql_query($sql,$db);
echo 'QUERY_SQL: ',convert(memory_get_usage()),"\n";    //619.98 kb  ###什么?查询完之后,内存大小居然只增加了不到1k?我那个表可是几十M的数据啊

//sleep(50);  // hold住进程,别销毁,留着看当前进程的内存分配1
$arr = array();
while ($rs = mysql_fetch_assoc($r))
{
    $arr[]=$rs;
}
echo 'FETCH_RS: ',convert(memory_get_usage()),"\n";    //27.11 mb  ###什么?刚刚不是只增加了1k吗?这里的遍历的结果集怎么突增几十M啊?尼玛这到底是什么情况?

unset($arr);
echo 'UNSET: ',convert(memory_get_usage()),"\n";    //620.12 kb  #### $arr z占了 几十M

mysql_free_result($r);
echo 'FREE_R: ',convert(memory_get_usage()),"\n";    //620 kb    ### 结果集居然只有0.12 k?这不扯淡么? 莫非。。。莫非缓冲区的数据php统计不到?莫非不是调用zend 内存申请函数来申请内存的?


//sleep(50);  // hold住进程,别销毁,留着看当前进程的内存分配2
function convert($size)
{
 $unit=array('b','kb','mb','gb','tb','pb');
 return @round($size/pow(1024,($i=floor(log($size,1024)))),2).' '.$unit[$i];
}
/*
//返回结果如下:
SELECT_DB: 619.26 kb
QUERY_SQL: 619.98 kb
FETCH_RS: 27.11 mb
UNSET: 620.12 kb
FREE_R: 620 kb
*/

看到结果时,我不禁XX一紧,什么?这你妈什么情况?查询完之后,内存大小居然只增加了不到1k?我那个表可是几十M的数据啊?遍历结果集之后,怎么突增几十M啊?尼玛这到底是什么情况?strace返回的大量数据到底存在哪的?算不算php进程申请的?

后来,我再次执行如上程序,再定时用free、/proc/PID/maps 之类系统工具,查看系统的内存使用情况,确认了当前进程的内存占用确实存在。那么可能的情况就是memory_get_usage()函数并没有获取到mysql_query之后的内存占用情况。由于比较怀疑,末学跟进了memory_get_usage()函数的源码,该函数直接交给zend_memory_usage函数处理。

//这个是php的memory_get_usage()函数的 相关代码,见Zend_alloc.c  line:2640
ZEND_API size_t zend_memory_usage(int real_usage TSRMLS_DC)
{
	if (real_usage) {
		return AG(mm_heap)->real_size;
	} else {
		size_t usage = AG(mm_heap)->size;
#if ZEND_MM_CACHE
		usage -= AG(mm_heap)->cached;
#endif
		return usage;
	}
}




//这个是Zend内存分配函数的代码
//Zend_alloc.c  line:2418
ZEND_API void *_emalloc(size_t size ZEND_FILE_LINE_DC ZEND_FILE_LINE_ORIG_DC)
{
	TSRMLS_FETCH();

	if (UNEXPECTED(!AG(mm_heap)->use_zend_alloc)) {
		return AG(mm_heap)->_malloc(size);
	}
	return _zend_mm_alloc_int(AG(mm_heap), size ZEND_FILE_LINE_RELAY_CC ZEND_FILE_LINE_ORIG_RELAY_CC);
}

php的内存管理 (中文地址:php-zend的内存管理中文版)这块,对于末学来说,太复杂了,只是稍微看懂直接 返回了mm_heap结构体的real_size/size的值。(两篇都是鸟哥写的,中文的地址也就是鸟哥博客最近一直打不开,抽风得厉害)

那mysql_query的结果集,存在哪的呢?如何申请内存的,莫非不是调用zend的_emalloc内存分配函数的?这得先明确mysql客户端类库问题,也就是我们使用哪个类库?libmysql还是mysqlnd,通过查看编译参数,发现(我的虚拟机)是libmysql,编译参数是这样的

./configure'  '--prefix=/services/php_5.3.19' '--with-config-file-path=/services/php_5.3.19/etc' '--with-pdo-mysql=/usr/bin/mysql_config' '--with-mysql=/usr/bin/mysql_config' '--with-mysqli=/usr/bin/mysql_config' '--enable-bcmath' '--enable-fpm

//生产服务器如下:
./configure'  '--prefix=/services/php' '--with-config-file-path=/services/php/etc' '--with-pdo-mysql=mysqlnd' '--with-mysql=mysqlnd' '--with-mysqli=mysqlnd' '--enable-bcmath' '--enable-fpm

有点乱:
mysql、mysqli、pdo-mysql、libmysql、mysqlnd 好多名词,有点乱,没关系,一张图让你清晰起来:

mysql、mysqli、pdo-mysql、libmysql、mysqlnd之间关系

mysql、mysqli、pdo-mysql、libmysql、mysqlnd之间关系


mysqlnd跟libmysql一样,都是直接与mysql server通讯的驱动类库。 而php程序员使用的mysql、mysqli、pdo-mysql是面向程序员调用的API接口。。

继续:

libmysql类库是MYSQL官方提供的类库,每次PHP编译都是指定参数来确定mysql\mysqli\pdo-mysql所使用的连接驱动是哪个。并且,前提你的得先装好mysql的客户端(libmysql类库),以确保有libmysqlclient.so ,

末学抱着试试看的心态,心情沉重的打开了libmysql的源码,终于在Safemalloc.c的line:120附近找到类似libmysqlclient申请内存的代码

//libmysql客户端库Safemalloc.c  line:120
/* Allocate some memory. */

void *_mymalloc(size_t size, const char *filename, uint lineno, myf MyFlags)
{
  ...  
  /*
    Test for memory limit overrun.
    If compiled with DBUG, test for error injection. Described in my_sys.h.
  */
  if ((size + sf_malloc_cur_memory > sf_malloc_mem_limit)
      IF_DBUG(|| my_malloc_error_inject))
  {
    IF_DBUG(if (my_malloc_error_inject)
              errno= ENOMEM;
            my_malloc_error_inject= 0);
    irem= 0;
  }
  else
  {
    /* Allocate the physical memory */
    irem= (struct st_irem *) malloc (ALIGN_SIZE(sizeof(struct st_irem)) +
				     sf_malloc_prehunc +
				     size +	/* size requested */
				     4 +	/* overrun mark */
				     sf_malloc_endhunc);    //系统的内存分配函数 malloc
  }
  ...
  }



//下面是mysqlnd驱动的代码,为了省的再弄一个代码高亮的区块,特意放一起了.
// Mysqlnd客户端库Mysqlnd_alloc.c line:77
/* {{{ _mysqlnd_emalloc */
void * _mysqlnd_emalloc(size_t size MYSQLND_MEM_D)
{
...
		ret = _emalloc(REAL_SIZE(size) ZEND_FILE_LINE_CC ZEND_FILE_LINE_ORIG_RELAY_CC);    //调用zend的内存分配函数 _emalloc
...
	if (ret && collect_memory_statistics) {
		*(size_t *) ret = size;
		MYSQLND_INC_GLOBAL_STATISTIC_W_VALUE2(STAT_MEM_EMALLOC_COUNT, 1, STAT_MEM_EMALLOC_AMOUNT, size);
	}
	TRACE_ALLOC_RETURN(FAKE_PTR(ret));
}
/* }}} */

也就是说,libmysql没有调用zend的内分分配函数_emalloc,就没法将内存的使用情况记录到mm_heap结构体中,也就是PHP的memory_get_usage()函数统计不到的原因。好了,虽然末学不是很能读懂源码,但似乎符合问题发生的现象了。

好像,末学又想到一个问题,如果libmysql保存的结果集所占用的内存的话,那么php的配置文件中的memory_limit也就无法限制他的内存使用情况了?也就是说,如果我们很理想的根据系统剩余内存分配了若干个php-fpm进程来启动运行的话,如果发生这情况,将会出现内存不够用的情况,libmysql占用的内存没有被统计到。。。结果是显然的,果然限制不了它。

libmysql与mysqlnd跟memory_limit之间的关系

libmysql与mysqlnd跟memory_limit之间的关系

那mysqlnd可以吗?mysqlnd的内存分配是使用zend的_emalloc函数吗?是的,没错mysqlnd 是我们的大救星。Mysqlnd_alloc.c line:77里代码中,明确看到了。各位SA在编译php时,一定要使用mysqlnd作为php连接mysql server的类库驱动哦。
Mysqlnd的好处可不止这么一点点啊。

内存还是内存:
末学苦于薄弱的英语,冒死翻过GFW,终于在“万恶的资本主义”国家的网站上找到了这些资料,mysqlnd将比libmysql节省将近40%的内存占用哦。如图:

mysqlnd比libmysql节省40%的内存占用

mysqlnd比libmysql节省40%的内存占用

,而且,memory_limit参数可以管的了它哦…

速度,速度:
国外友人给了一份测试结果,比较的API是mysql\mysqli,比较的驱动是libmysql\mysqlnd

  • 使用mysqlnd驱动的ext\mysqli接口速度最快
  • 使用libmysql驱动的ext\mysqli接口慢了6%
  • 使用libmysql驱动的ext\mysql接口慢了3%

并且给出了mysqli在两个驱动下的执行时间:

mysqli_select_varchar_buffered

mysqli_select_varchar_buffered

还有,还有哦…
mysqlnd还支持各种debug调试哦,各种strace跟踪哦…还支持….算了,你自己下载mysqlnd相比libmysql的优点看吧。末学可是搜了很久才搜到这个ppt。

推荐:

1,再推荐一片关于mysqlnd持久链接的文章:PHP 5.3: Persistent Connections with ext/mysqli

2,你的应用的cache的存储是程序员自己根据DB数据结果,查询条件,hash取值,存到memcache中的吗?想不想尝试下自动实现的?mysqlnd的插件可以尝试下:PHP: Client side caching for all MySQL extensions ,支持memcached,apc,sqlit哦。

回到开始:
有人说,当php调用mysql_query时,mysql server会返回本次查询的结果到php所在服务器的缓冲区中。当程序调用mysql_fetch_assoc/mysql_fetch_row/mysql_fetch_array/mysql_fetch_object之类函数时,都是调用php_mysql_fetch_hash函数去缓冲区读取数据的。我要是用mysql_unbuffered_query()函数呢?让结果集不直接在查询之后返回,当调用mysql_fetch_x函数时,再拉回来呢? 这…你让mysql server的缓冲区来存储这些数据么?你以为客户端就你自己么?其他的客户端也要连的啊,尤其是php,如果用mysql_unbuffered_query()函数,他们都会将结果集放到mysql server的缓冲区的,mysql server的内存占用岂不是成本增长…你想让DBA砍死你?
手册上也说了,mysql_unbuffered_query返回的结果集之上不能使用 mysql_num_rows() 和 mysql_data_seek()。我几乎没用过这个函数,这算非主流的函数么?

有人说我们方案1节省了从结果集取出,遍历赋值给新数组的内存占用,并没有减少网络数据的传输。没错,你说的对,一点都没错。也就是说,我们的解决方案2只能稍微缓解这种问题的负面效果,彻底解决的话,还得程序层上去正确的调用,取回该要的数据。(其实,如果使用mysqlnd驱动的话,我们的改动基本没有优势,节省不了内存。mysqlnd时,结果集的读取只是引用缓冲区的数据。libmysql的话,有明显效果。)我更加鉴定的赞同的那句话“写出这种代码的人都得死”。不使用mysqlnd作为php连接驱动的SA都是耍流氓

结论:
api推荐mysqli,驱动推荐mysqlnd.

温故而知新?

在回家之后,末学刷了几局《保卫萝卜》,除了几个需要养成才解锁的关卡之外,均可耻的”全清”+”金萝卜”,玩着玩着,突然想起一件事情,就是末学在去年写过一篇博客php5.3.8中编译pdo_mysql的艰难历程中,之前运维的编译参数中,mysqli使用的是mysqlnd,而mysql使用的是libmysql,后来再装的pdo-mysql也使用了libmysql了….3个api,指定两个连接驱动,莫非上次的错误是因为这个?而末学的编译参数虽然巧合的解决了问题,当初并没有理解真正的原因?下周验证一下… [2012/12/15 23:31更新]

知耻而后勇?
今天刚写完这篇学习笔记后,回家玩游戏时,想起鸟哥曾提到过mysqlnd,再次回去看看,看鸟哥如何讲解mysqlnd的,我理解的是否有误,才发现鸟哥这里已经有了个Ulf Wendel博客的链接,末学却在网络搜索N久才找到那篇文章,同时,发现其blog上有大量mysqlnd的文章,还暗自偷笑,以为自己发现了大金矿,现在才发现….哎,惭愧惭愧…[2012/12/15 23:58更新]

末学对于本次学习经历中遇到的知识点,有大量的盲区,将会在以后的时间里,慢慢摸索熟悉,也欢迎各位前辈的点拨。

好像…好像…末学的问题太多了…

  1. 看C代码略吃力- -,mysql这里原来还埋了这么大的一个坑,没有经验写程序一不注意就跳进去了

  2. Client API version mysqlnd 5.0.8-dev – 20102224 – $Revision: 308673 $
    php5.3.6 默认就是使用的mysqlnd驱动,以前都没注意到这个

  3. 拜读,请教如果跟踪源码的?还有api和驱动到底是什么关系,啥区别啊?谢谢啦:)

  4. @Alex: 是的,也就是说php在30-Jun-2009的5.3.0版本中,用mysqlnd取代libmysql了,windows用户不用再下载libmysql。linux同样不用装libmysql.so相关类库,编译参数直接 –with-mysql=mysqlnd 即可。

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