Zend的executor与linux二进制程序执行的过程是非常类似的,在C程序执行时有两个寄存器ebp、esp分别指向当前作用栈的栈顶、栈底,局部变量全部分配在当前栈,函数调用、返回通过call、ret指令完成,调用时call将当前执行位置压入栈中,返回时ret将之前执行位置出栈,跳回旧的位置继续执行,在Zend VM中zend_execute_data就扮演了这两个角色,zend_execute_data.prev_execute_data保存的是调用方的信息,实现了call/ret,zend_execute_data后面会分配额外的内存空间用于局部变量的存储,实现了ebp/esp的作用。
注意:在执行前分配内存时并不仅仅是分配了zend_execute_data大小的空间,除了sizeof(zend_execute_data)外还会额外申请一块空间,用于分配局部变量、临时(中间)变量等,具体的分配过程下面会讲到。
Zend执行opcode的简略过程:
EX(opline)++继续执行下一条,直到执行完全部opcode,函数/类成员方法调用、if的执行过程:
EX(opline) + offset所加的偏移量,实现跳转prev_execute_data,再将EG(current_execute_data)指向新的zend_execute_data,最后从新的zend_execute_data.opline开始执行,切换到函数内部,函数执行完以后将EG(current_execute_data)重新指向EX(prev_execute_data),释放分配的运行栈,销毁局部变量,继续从原来函数调用的位置执行
接下来详细看下整个流程。
Zend执行入口为位于zend_vm_execute.h文件中的__zend_execute()__:
ZEND_API void zend_execute(zend_op_array *op_array, zval *return_value)
{
zend_execute_data *execute_data;
if (EG(exception) != NULL) {
return;
}
//分配zend_execute_data
execute_data = zend_vm_stack_push_call_frame(ZEND_CALL_TOP_CODE,
(zend_function*)op_array, 0, zend_get_called_scope(EG(current_execute_data)), zend_get_this_object(EG(current_execute_data)));
if (EG(current_execute_data)) {
execute_data->symbol_table = zend_rebuild_symbol_table();
} else {
execute_data->symbol_table = &EG(symbol_table);
}
EX(prev_execute_data) = EG(current_execute_data); //=> execute_data->prev_execute_data = EG(current_execute_data);
i_init_execute_data(execute_data, op_array, return_value); //初始化execute_data
zend_execute_ex(execute_data); //执行opcode
zend_vm_stack_free_call_frame(execute_data); //释放execute_data:销毁所有的PHP变量
}
上面的过程分为四步:
由zend_vm_stack_push_call_frame函数分配一块用于当前作用域的内存空间,返回结果是zend_execute_data的起始位置。
//zend_execute.h
static zend_always_inline zend_execute_data *zend_vm_stack_push_call_frame(uint32_t call_info, zend_function *func, uint32_t num_args, ...)
{
uint32_t used_stack = zend_vm_calc_used_stack(num_args, func);
return zend_vm_stack_push_call_frame_ex(used_stack, call_info,
func, num_args, called_scope, object);
}
首先根据zend_execute_data、当前zend_op_array中局部/临时变量数计算需要的内存空间:
//zend_execute.h
static zend_always_inline uint32_t zend_vm_calc_used_stack(uint32_t num_args, zend_function *func)
{
uint32_t used_stack = ZEND_CALL_FRAME_SLOT + num_args; //内部函数只用这么多,临时变量是编译过程中根据PHP的代码优化出的值,比如:`"hi~".time()`,而在内部函数中则没有这种情况
if (EXPECTED(ZEND_USER_CODE(func->type))) { //在php脚本中写的function
used_stack += func->op_array.last_var + func->op_array.T - MIN(func->op_array.num_args, num_args);
}
return used_stack * sizeof(zval);
}
//zend_compile.h
#define ZEND_CALL_FRAME_SLOT \
((int)((ZEND_MM_ALIGNED_SIZE(sizeof(zend_execute_data)) + ZEND_MM_ALIGNED_SIZE(sizeof(zval)) - 1) / ZEND_MM_ALIGNED_SIZE(sizeof(zval))))
回想下前面编译阶段zend_op_array的结果,在编译过程中已经确定当前作用域下有多少个局部变量(func->op_array.last_var)、临时/中间/无用变量(func->op_array.T),从而在执行之初就将他们全部分配完成:
比如赋值操作:$a = 1234;,编译后last_var = 1,T = 1,last_var有$a,这里为什么会有T?因为赋值语句有一个结果返回值,只是这个值没有用到,假如这么用结果就会用到了if(($a = 1234) == true){...},这时候$a = 1234;的返回结果类型是IS_VAR,记在T上。
num_args为函数调用时的实际传入参数数量,func->op_array.num_args为全部参数数量,所以MIN(func->op_array.num_args, num_args)等于num_args,在自定义函数中used_stack=ZEND_CALL_FRAME_SLOT + func->op_array.last_var + func->op_array.T,而在调用内部函数时则只需要分配实际传入参数的空间即可,内部函数不会有临时变量的概念。
最终分配的内存空间如下图:

这里实际分配内存时并不是直接malloc的,还记得上面EG结构中有个vm_stack吗?实际内存是从这里获取的,每次从EG(vm_stack_top)处开始分配,分配完再将此指针指向EG(vm_stack_top) + used_stack,这里不再对vm_stack作更多分析,更下层实际就是Zend的内存池(zend_alloc.c),后面也会单独分析。
static zend_always_inline zend_execute_data *zend_vm_stack_push_call_frame_ex(uint32_t used_stack, ...)
{
zend_execute_data *call = (zend_execute_data*)EG(vm_stack_top);
...
//当前vm_stack是否够用
if (UNEXPECTED(used_stack > (size_t)(((char*)EG(vm_stack_end)) - (char*)call))) {
call = (zend_execute_data*)zend_vm_stack_extend(used_stack); //新开辟一块vm_stack
...
}else{ //空间够用,直接分配
EG(vm_stack_top) = (zval*)((char*)call + used_stack);
...
}
call->func = func;
...
return call;
}
注意,这里的初始化是整个php脚本最初的那个,并不是指函数调用时的,这一步的操作主要是设置几个指针:opline、call、return_value,同时将PHP的全局变量添加到EG(symbol_table)中去:
//zend_execute.c
static zend_always_inline void i_init_execute_data(zend_execute_data *execute_data, zend_op_array *op_array, zval *return_value)
{
EX(opline) = op_array->opcodes;
EX(call) = NULL;
EX(return_value) = return_value;
if (UNEXPECTED(EX(symbol_table) != NULL)) {
...
zend_attach_symbol_table(execute_data);//将全局变量添加到EG(symbol_table)中一份,因为此处的execute_data是PHP脚本最初的那个,不是function的,所以所有的变量都是全局的
}else{ //这个分支的情况还未深入分析,后面碰到再补充
...
}
}
zend_attach_symbol_table()的作用是把当前作用域下的变量添加到EG(symbol_table)哈希表中,也就是全局变量,函数中通过global关键词获取的全局变量正是在此时添加的,EG(symbol_table)中的值间接的指向zend_execute_data中的局部变量,两者的结构如下图所示:

这一步开始具体执行opcode指令,这里调用的是zend_execute_ex,这是一个函数指针,如果此指针没有被任何扩展重新定义那么将由默认的execute_ex处理:
# define ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS_PASSTHRU execute_data
ZEND_API void execute_ex(zend_execute_data *ex)
{
zend_execute_data *execute_data = ex;
while(1) {
int ret;
if (UNEXPECTED((ret = ((opcode_handler_t)EX(opline)->handler)(execute_data /*ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS_PASSTHRU*/)) != 0)) {
if (EXPECTED(ret > 0)) { //调到新的位置执行:函数调用时的情况
execute_data = EG(current_execute_data);
}else{
return;
}
}
}
}
大概的执行过程上面已经介绍过了,这里只分析下整体执行流程,至于PHP各语法具体的handler处理后面会单独列一章详细分析。
这一步就比较简单了,只是将申请的zend_execute_data内存释放给内存池(注意这里并不是变量的销毁),具体的操作只需要修改几个指针即可:
static zend_always_inline void zend_vm_stack_free_call_frame_ex(uint32_t call_info, zend_execute_data *call)
{
ZEND_ASSERT_VM_STACK_GLOBAL;
if (UNEXPECTED(call_info & ZEND_CALL_ALLOCATED)) {
zend_vm_stack p = EG(vm_stack);
zend_vm_stack prev = p->prev;
EG(vm_stack_top) = prev->top;
EG(vm_stack_end) = prev->end;
EG(vm_stack) = prev;
efree(p);
} else {
EG(vm_stack_top) = (zval*)call;
}
ZEND_ASSERT_VM_STACK_GLOBAL;
}
static zend_always_inline void zend_vm_stack_free_call_frame(zend_execute_data *call)
{
zend_vm_stack_free_call_frame_ex(ZEND_CALL_INFO(call), call);
}