PHP内核探索之变量(5)- session的基本原理

杰克.陈 2015-01-26

php 服务器 函数 模块 配置 脚本 session 存储 cookie

原文:PHP内核探索之变量(5)- session的基本原理

  这次说说session.

  session可以说是当前互联网提到的最多的名词之一了。它的含义很宽泛,可以指任何一次完整的事务交互(会话):如发送一次HTTP请求并接受响应,执行一条SQL语句都可以看做一次Session。如无特殊说明,本文中提到的Session单指HTTP会话。

本文是PHP内核探索的第五篇,主要包含如下几个方面的内容:

  1. 背景知识和session基础
  2. PHP中session的原理
  3. 参考文献

一、背景知识,session基础

1.      HTTP是无状态的

  我们知道,HTTP协议最初是匿名的、无状态的请求/响应协议。这样简单的设计可以使HTTP协议专注于资源的传输(HTTP是超文本传输协议),从而获得较好的性能。但这种无状态的设计也验证阻碍了交互web应用的发展,典型的如:电商网站需要获取用户的信息,以实现订单、购物车、交易等功能,SNS网站需要获取用户信息并存档,以建立真正的“社交网络”,甚至电影和CD租赁网站,也需要获取用户信息,以提供个性化的推荐,从而带来更好的效益。这意味着,必须要使用某种技术来识别和管理用户信息,Cookie和Session技术便是在这种背景下诞生的。

2.      Session与Cookie

       说到Session,就不得不提Session的好基友Cookie,因为很多情况下Session依赖于Cookie存储其session_id。而如果要说Session和Cookie的区别,我想大家应该都不陌生,有的同学甚至可以轻松背出如下一些常见的区别:

       (1).  Cookie是客户端保持状态的解决方案,而Session是服务器端保持状态的技术,因此,Cookie是存储在客户端的,而Session是存储在服务器端的。

       (2). 大多数情况下,Session需要使用Cookie做载体,来存放session_id,所以,如果禁用了Cookie,必须要通过其他的手段来获取这个session_id( 例如通过get或者post的方式将session_id传递给服务器 )

       (3).  Cookie过期和删除只能保证客户端的连接的失效,并不会清除服务器端的Session

       (4).  尽管默认情况下,Session和Cookie都是写文件的( Session也可以写数据库或者其他内存缓存如memcached ),但是,Cookie则依赖于浏览器的设定:例如,IE6下限定每个域名下最多20个Cookie,很多浏览器限制Cookie的大小不能超过4096字节。

       关于Cookie的更多讨论,已经超出了本文的范畴,需要了解的同学可以参考《HTTP权威指南》《JavaScript高级程序设计》这两本书,相信一定会对Cookie有更加深入的理解。

3.      php中Session的基本操作

       php中,Session相关的操作是以扩展的形式提供的 ( 源码目录:PHPSRC/ext/session/ )。PHP提供了大量的、丰富的API来操作Session:

(1).   session_start

bool session_start ( void )

  session_start()用于启动一个会话,一般而言,我们在使用$_SESSION时,都要先调用session_start( 或者你的php.ini中配置了session.auto_start )。那么在session.auto_start=false的情况下, session_start是不是一定是session操作的第一个必须调用的函数呢?答案是否定的。虽然在一般情况下,我们在需要操作session时,基本上都是将session_start()放在脚本的第一行,但实际上在调用session_start时,Session相关的参数都已经初始化完毕,这之后是无法通过session_namesession_set_cookie_params, session_save_path等函数更改Session的参数信息的。所以,如果需要更改session的相关参数,除了可以在ini文件中更改(或者通过ini_set更改),还可以通过session_name, session_save_path, session_set_cookie_params等函数修改,且这些函数必须在session_start之前调用。例如:

session_save_path('/root/xiaoq/phpCode/session');
session_start();

$_SESSION['index'] = "this is desc";
$_SESSION['int']   = 123;

  session_start()调用之后,除了要设置Session的基本参数之外,还会以一定的概率启动Session的GC

(2).  session_id()

  如同数据库中每条记录需要一个主键一样,Session也需要一个id值用于唯一标识一个Client,这个标识便是session_id。函数session_id()用于设置或者更改当前会话的session_id,例如:

session_save_path('/root/xiaoq/phpCode/session');
session_start();                                   

$_SESSION['index'] = "this is desc";
$_SESSION['int']   = 123;

print_r( session_id());//5rdhbe4k8k73h5g1fsii01iau5

在设置了session.save_handler=files的情况下,服务器端是以sess_{session_id}的命名方式来储存Session数据文件的:

 

  正常情况下,不同会话的session_id是不会重复的。在已知session_id的情况下,我们可以通过传递session_id的方法来获取Session数据,从而避开Cookie的限制:

session_save_path('/root/xiaoq/phpCode/session');
session_id("5rdhbe4k8k73h5g1fsii01iau5");
session_start();

print_r($_SESSION);
/* Array
(
    [index] => this is desc
    [int] => 123
) */

  Session文件存储会有很多问题和瓶颈,关于这一点,之后也会有详细的说明和解释。

(4).  session_write_close/session_commit

  默认情况下,session数据是在当前会话结束时(一般就是指脚本执行完毕时)才会写入文件的,这样会带来一些问题。例如,如果当前脚本执行过长,那么当其他脚本访问同一session_id下的session数据时便会阻塞(这实际上会涉及到文件锁flock,之后会有说明),直到前一脚本执行完毕并写入session文件。可以用sleep来简单模拟这一情况:

session_save_path('/root/xiaoq/phpCode/session');
session_start();

$_SESSION['index'] = "this is desc";
$_SESSION['int']   = 123;

sleep(15);

  避免这一情况的一种方法是:在session数据使用完毕之后,调用session_commit或者session_write_close函数通知服务器写入session数据并关闭文件(释放flock的锁):

session_save_path('/root/xiaoq/phpCode/session');
session_start();

$_SESSION['index'] = "this is desc";
$_SESSION['int']   = 123;
session_commit();

sleep(15);

注意session_commit和session_write_close只是同一函数的不同别名。

(5).  session_destroy

       很多同学在会话结束的时候,都是通过unset($_SESSION)的方式来删除会话数据(这与session_unset()的作用类似)。实际上这样并不是稳妥的做法,原因是:unset($_SESSION)只是重置$_SESSION这个全局变量,并不会将session数据从服务器端删除。较为稳妥的做法是,在需要清除当前会话数据的时候调用session_destroy删除服务器端Session数据(同时,最好使Cookie也过期):

session_save_path('/root/xiaoq/phpCode/session');
session_start();

$_SESSION['index'] = "this is desc";
$_SESSION['int']   = 123;

unset($_SESSION);
session_destroy();

3.  session的ini配置

       由于Session的很多操作依赖于ini中的参数配置,因此我们有必要对此做一个比较全面的了解。php.ini比较重要的Session参数配置包括:

       (1).  session.save_handler

       这个参数用于指定Session的存储方式(实际上是指定了一个处理Session的句柄)。可以是files(文件存储,默认), user( 用户自定义存储 ),或者其他的扩展方式(如memcache)。

       (2).  session.save_path

       在使用session.save_handler=files的情况下,session.save_path用于指定Session文件存储的目录,如session.save_path= “/tmp”;这种配置下,所有的session文件都是写入一个目录的。这在某些情况下是有问题的(如有的系统单目录下支持的文件数是有限制的,而且,同一目录下文件过多,会造成读取变慢)。session.save_path还支持多级目录hash的方式:session.save_path = "N;/path"; 这种配置方式会将session文件分散到不同的子目录中,避免单目录文件文件过多。同样,这种配置方式也有较大的问题:如Session的GC是无效的,而且,PHP并不会自动为你创建子目录,需要手动创建或者通过脚本创建。

       (3).  session.name

       在使用Cookie为载体的情况下,session.name指定存储session_id的Cookie的key( cookie中也是基于key=>value)。默认的情况下,session.name= PHPSESSID

,可以更改为任何合法的其他名称。同样,也可以通过session_name函数,在调用session_start之前设置这个key的名称:

session_name("NEW_SESSION");
session_start();

$_SESSION['index'] = "this is desc";
$_SESSION['int']   = 123;

抓包可以看到,现在,Cookie中是以新的session.name来传递session_id了,而第一次服务器端的响应中,也会发送Set-Cookie:

 

       (4).  session.auto_start

       这个参数用于指定是否需要自动开启session,在设置为true的情况下,不需要在脚本中显式的调用session_start(). 如果不是特殊需要,我们并不建议开启session.auto_start.

       (5).  session.gc_*

       主要用于配置session GC的相关参数。关于这点,我们在后面会有详细讲解,这里暂时搁置

       (6).  session.cookie_*

       主要用于配置session的载体cookie的相关参数信息,如cookie的path, lifetime, 域domain等。

       关于Session的更多配置,可以参考:

http://cn2.php.net/manual/zh/session.configuration.php

二、  under the hood  - PHP中session的原理

       现在,我们对Session已经有了一个基本的认识,接下来,我们将更深入的去探讨和挖掘Session的更多细节。这一部分的内容比较枯燥乏味,对于不需要了解Session内部细节的同学,完全可以略过。接下来的部分,如果没有特殊说明,都是指session.save_handler=files的情况。

1.      session模块的初始化MINIT

       前面我们提到,在php中,Session是以扩展的形式加载的,因此,它也会经历扩展的MINIT -> RINIT -> RSHUTDOWN -> MSHUTDOWN等阶段。PHP_MINIT_FUNCTION和PHP_RINIT_FUNCTION是php启动过程中两个关键点:在php启动时,会依次调用各个扩展模块的PHP_MINIT_FUNCTION来完成各个扩展模块的初始化工作,而PHP_RINIT_FUNCTION则在对模块的请求到来时作一些准备性工作。对于Session而言,PHP_MINIT_FUNCTION主要完成的初始化工作包括(注:不同版本的PHP具体处理过程并不完全相同,如PHP 5.4+提供了SessionHandlerInterface,这样可以通过session_set_save_handler ( SessionHandlerInterface $sessionhandler )的方式自定义Session的处理机制,而不必像之前一样使用冗长的bool session_set_save_handler ( callable $open , callable $close , callable $read , callable $write , callable $destroy , callable $gc [, callable $create_sid ] )):

(1).  注册$_SESSION超全局变量:

zend_register_auto_global("_SESSION", sizeof("_SESSION")-1, NULL TSRMLS_CC);

也就是说,$_SESSION超全局变量实际上是在session的MINIT阶段被注册的。

(2).  读取ini文件中的相关配置。

REGISTER_INI_ENTRIES();

 REGISTER_INI_ENTRIES();实际上是一个宏定义:

#define REGISTER_INI_ENTRIES() zend_register_ini_entries(ini_entries, module_number TSRMLS_CC)

因此,实际上是调用zend_register_ini_entries(ini_entries, module_number TSRMLS_CC)。关于ini文件的解析和配置,已经超出了本文的范畴,可以参考这篇文章:http://www.cnblogs.com/driftcloudy/p/4011954.html

   扩展中读取和设置ini的相关配置位于PHP_INI_BEGIN和PHP_INI_END宏之间。对于session而言,实际上包括:

PHP_INI_BEGIN()

       STD_PHP_INI_BOOLEAN("session.bug_compat_42",    "1",         PHP_INI_ALL, OnUpdateBool,   bug_compat,         php_ps_globals,    ps_globals)
       STD_PHP_INI_BOOLEAN("session.bug_compat_warn",  "1",         PHP_INI_ALL, OnUpdateBool,   bug_compat_warn,    php_ps_globals,    ps_globals)
       STD_PHP_INI_ENTRY("session.save_path",          "",          PHP_INI_ALL, OnUpdateSaveDir,save_path,          php_ps_globals,    ps_globals)
       STD_PHP_INI_ENTRY("session.name",               "PHPSESSID", PHP_INI_ALL, OnUpdateString, session_name,       php_ps_globals,    ps_globals)
       PHP_INI_ENTRY("session.save_handler",           "files",     PHP_INI_ALL, OnUpdateSaveHandler)
       STD_PHP_INI_BOOLEAN("session.auto_start",       "0",         PHP_INI_ALL, OnUpdateBool,   auto_start,         php_ps_globals,    ps_globals)
       STD_PHP_INI_ENTRY("session.gc_probability",     "1",         PHP_INI_ALL, OnUpdateLong,   gc_probability,     php_ps_globals,    ps_globals)
       STD_PHP_INI_ENTRY("session.gc_divisor",         "100",       PHP_INI_ALL, OnUpdateLong,   gc_divisor,         php_ps_globals,    ps_globals)
       STD_PHP_INI_ENTRY("session.gc_maxlifetime",     "1440",      PHP_INI_ALL, OnUpdateLong,   gc_maxlifetime,     php_ps_globals,    ps_globals)
       PHP_INI_ENTRY("session.serialize_handler",      "php",       PHP_INI_ALL, OnUpdateSerializer)
       STD_PHP_INI_ENTRY("session.cookie_lifetime",    "0",         PHP_INI_ALL, OnUpdateLong,   cookie_lifetime,    php_ps_globals,    ps_globals)
       STD_PHP_INI_ENTRY("session.cookie_path",        "/",         PHP_INI_ALL, OnUpdateString, cookie_path,        php_ps_globals,    ps_globals)
       STD_PHP_INI_ENTRY("session.cookie_domain",      "",          PHP_INI_ALL, OnUpdateString, cookie_domain,      php_ps_globals,    ps_globals)
       STD_PHP_INI_BOOLEAN("session.cookie_secure",    "",          PHP_INI_ALL, OnUpdateBool,   cookie_secure,      php_ps_globals,    ps_globals)
       STD_PHP_INI_BOOLEAN("session.cookie_httponly",  "",          PHP_INI_ALL, OnUpdateBool,   cookie_httponly,    php_ps_globals,    ps_globals)
       STD_PHP_INI_BOOLEAN("session.use_cookies",      "1",         PHP_INI_ALL, OnUpdateBool,   use_cookies,        php_ps_globals,    ps_globals)
       STD_PHP_INI_BOOLEAN("session.use_only_cookies", "1",         PHP_INI_ALL, OnUpdateBool,   use_only_cookies,   php_ps_globals,    ps_globals)
       STD_PHP_INI_ENTRY("session.referer_check",      "",          PHP_INI_ALL, OnUpdateString, extern_referer_chk, php_ps_globals,    ps_globals)
       STD_PHP_INI_ENTRY("session.entropy_file",       "",          PHP_INI_ALL, OnUpdateString, entropy_file,       php_ps_globals,    ps_globals)
       STD_PHP_INI_ENTRY("session.entropy_length",     "0",         PHP_INI_ALL, OnUpdateLong,   entropy_length,     php_ps_globals,    ps_globals)
       STD_PHP_INI_ENTRY("session.cache_limiter",      "nocache",   PHP_INI_ALL, OnUpdateString, cache_limiter,      php_ps_globals,    ps_globals)
       STD_PHP_INI_ENTRY("session.cache_expire",       "180",       PHP_INI_ALL, OnUpdateLong,   cache_expire,       php_ps_globals,    ps_globals)
       PHP_INI_ENTRY("session.use_trans_sid",          "0",         PHP_INI_ALL, OnUpdateTransSid)
       PHP_INI_ENTRY("session.hash_function",          "0",         PHP_INI_ALL, OnUpdateHashFunc)
       STD_PHP_INI_ENTRY("session.hash_bits_per_character", "4",    PHP_INI_ALL, OnUpdateLong,   hash_bits_per_character, php_ps_globals, ps_globals)
PHP_INI_END()

       如果在ini文件中没有配置相关的参数项,在session的MINIT阶段,参数会被初始化为默认的值。

(3).  自php 5.4起,php提供了SessionHandlerSessionHandlerInterface这两个Class, 因此还需要对这两个Class做相关的初始化工作。这是通过:

INIT_CLASS_ENTRY(ce, PS_IFACE_NAME, php_session_iface_functions);

INIT_CLASS_ENTRY(ce, PS_CLASS_NAME, php_session_class_functions);

来实现的,有兴趣的同学可以查看具体的实现过程,这里不再赘述。

2.      session请求时的准备RINIT

PHP_RINIT_FUNCTION(session) 用于完成session请求之时的准备工作,主要包括:

(1).  初始化session相关的全局变量,这是通过php_rinit_session_globals来完成的:

static inline void php_rinit_session_globals(TSRMLS_D)
{
    PS(id) = NULL;//session的id
    PS(session_status) = php_session_none;//初始化session_status
    PS(mod_data) = NULL;//session data
    PS(mod_user_is_open) = 0;
    /* Do NOT init PS(mod_user_names) here! */
    PS(http_session_vars) = NULL;
}

(2). 根据ini的配置查找session.save_handler,从而确定是使用files还是user( 或者是其他的扩展方式)来处理session:

if (PS(mod) == NULL) {
    char *value;

    value = zend_ini_string("session.save_handler", sizeof("session.save_handler"), 0);
    if (value) {
        PS(mod) = _php_find_ps_module(value TSRMLS_CC);
    }
}

  确定是user还是files来处理session的逻辑是由_php_find_ps_module来完成的,这个函数会依次查找ps_modules中预定义的module, 一旦查找成功,立即返回:

PHPAPI ps_module *_php_find_ps_module(char *name TSRMLS_DC)
{
       ps_module *ret = NULL;
       ps_module **mod;
       int i;
      
      for (i = 0, mod = ps_modules; i < MAX_MODULES; i++, mod++) {
              if (*mod && !strcasecmp(name, (*mod)->s_name)) {
                     ret = *mod;
                     break;
              }
       }
       return ret;
}

ps_modules的定义:

#define MAX_MODULES 10

static ps_module *ps_modules[MAX_MODULES + 1] = {
    ps_files_ptr,// &ps_mod_files
    ps_user_ptr//&ps_mod_user
};

而每一个ps_module,实际上是一个struct:

typedef struct ps_module_struct {
    const char *s_name;
    int (*s_open)(PS_OPEN_ARGS);
    int (*s_close)(PS_CLOSE_ARGS);
    int (*s_read)(PS_READ_ARGS);
    int (*s_write)(PS_WRITE_ARGS);
    int (*s_destroy)(PS_DESTROY_ARGS);
    int (*s_gc)(PS_GC_ARGS);
    char *(*s_create_sid)(PS_CREATE_SID_ARGS);
} ps_module;

  这意味着,每一个处理session的mod,不管是files, user还是其他扩展的模块,都应该包含ps_module中定义的字段,分别是:module的名称(s_name), 打开句柄函数(s_open), 关闭句柄函数(s_close), 读取函数(s_read) , 写入函数(s_write), 销毁函数(s_destroy), gc函数(s_gc),生成session_id的函数(s_create_sid)。例如,对于session.save_handler=files而言,实际上是:

{
       "files",
       ps_open_files,
       ps_close_files,
       ps_read_files,
       ps_write_files,
       ps_delete_files,
       ps_gc_files,
       php_session_create_id
}

  很多模块都是以PS_MOD(module_name)的方式定义,上述files的ps_module结构,便是PS_MOD(files)宏展开后的结果:

#define PS_MOD(x) \
    #x, ps_open_##x, ps_close_##x, ps_read_##x, ps_write_##x, \
     ps_delete_##x, ps_gc_##x, php_session_create_id

       上述宏定义我们也可以看出,session.save_handler不管是files, user,还是其他的session处理的handler(如memcache, redis等) 生成session_id的算法都是使用php_session_create_id函数来实现的。

       我们花费了大量的精力来说session.save_handler, 其实是想说明:原则上,session可以存储在任何可行的存储中的(例如文件,数据库,memcache和redis),如果你自己开发了一个存储系统,比memcache的性能更好,那么OK, 你只要按照session存储的规范,设置好session.save_handler,不管是你在脚本中提供接口还是使用扩展,可以很方便的操作session数据,是不是很方便?

       接着说RINIT的过程。

       确定完session的save_handler之后。需要确定serializer, 这个也是必须的。Serializer用于完成session数据的序列化和反序列化,我们在session.save_handler=files的情况下可以看到,session数据并不是直接写入文件的,而是通过一定的序列化机制序列化之后存储到文件的,在读取session数据时需要对文件的内容进行反序列化:

session_save_path('/root/xiaoq/phpCode/session');
session_start();

$_SESSION['key'] = 'value';
session_write_close();

则相应session文件的内容是:

key|s:5:"value"

查找serializer的过程与查找PS(mod)的方式类似:

if (PS(serializer) == NULL) {
    char *value;

    value = zend_ini_string("session.serialize_handler", sizeof("session.serialize_handler"), 0);

    if (value) {
        PS(serializer) = _php_find_ps_serializer(value TSRMLS_CC);
    }
}

_php_find_ps_serializer也是在预定义的ps_serializers数组中查找:

PHPAPI const ps_serializer *_php_find_ps_serializer(char *name TSRMLS_DC) {
    const ps_serializer *ret = NULL;
    const ps_serializer *mod;

    for (mod = ps_serializers; mod->name; mod++) {
        if (!strcasecmp(name, mod->name)) {
            ret = mod;
            break;
        }
    }
    return ret;
}

static ps_serializer ps_serializers[MAX_SERIALIZERS + 1] = {
    PS_SERIALIZER_ENTRY(php_serialize),
    PS_SERIALIZER_ENTRY(php),
    PS_SERIALIZER_ENTRY(php_binary)
};

同样,每一个serializer都是一个struct:

typedef struct ps_serializer_struct {
    const char *name;
    int (*encode)(PS_SERIALIZER_ENCODE_ARGS);
    int (*decode)(PS_SERIALIZER_DECODE_ARGS);
} ps_serializer;

       这时,如果mod不存在(设置的session.save_handler错误)或者serializer不存在,那么直接标记session_status为php_session_disabled,并返回,后面的代码不再执行。否则,确定了mod和serializer,如果设置了session.auto_start,那么就自动开启session:

if (auto_start) {
    php_session_start(TSRMLS_C);
}

由于session_start()时,也是调用php_session_start开启session,因此我们捎带着把session_start也一并分析。

3.      session_start

   session_start用于开启或者重用现有的会话,在底层,其实现为:

static PHP_FUNCTION(session_start)
{
    php_session_start(TSRMLS_C);

    if (PS(session_status) != php_session_active) {
        RETURN_FALSE;
    }
    RETURN_TRUE;
}

  内部是调用php_session_start完成session相关上下文的设置, 其基本步骤是:

(1).  检查当前会话的session状态。

php_session_status用于标志所有可能的会话状态,它是一个enum:

typedef enum {      
    php_session_disabled,
    php_session_none,
    php_session_active
} php_session_status;

那么可能的情况有:

  (a). session_status = php_session_active

  表明已经开启了session。那么忽略本次的session_start(), 但同时会产生一条警告信息:

A session had already been started - ignoring session_start()

  (b). session_status = php_session_ disabled

这种情况可能发生在RINIT的过程中,前面我们看到:

if (PS(mod) == NULL || PS(serializer) == NULL) {
    /* current status is unusable */

    PS(session_status) = php_session_disabled;
    return SUCCESS;
}

如果session_status = php_session_ disabled, 无法确定session是否真不可用(比如我们在脚本中设置了session_set_save_handler),还要做进一步的分析。查找mod和serializer的过程与RINIT的类似。

  (c). session_status = php_session_none

  在session_status= php_session_ disabled和php_session_none的情况下,都会继续向下执行。

(2).  如果session_id不存在,那么内核会依次尝试下列方法获取session_id(为了方便起见,我们直接使用了$_COOKIE, $_GET, $_POST,实际上这样是不严谨的,因为这些超级全局变量是php内核生成并提供给应用程序的,内核实际上是在全局的symbol_table中查找)

a.    $_COOKIE中

b.    $_GET中

c.    $_POST中

任何一此查找成功都会设置PS(id),不再继续查找。

(3).  执行php_session_initialize完成session的初始化工作。  

       注意此时PS(id)依然可能是NULL,这通常发生在第一次访问页面的时候。php_session_initialize完成的主要工作包括:

  a.  安全性检查

  正常情况下,生成的session_id不会包含html标签,单双引号和空白字符的,如果session_id中包含了这些非法的字符,那么很有可能session_id是伪造的。对于这种情况,处理很简单,释放session_id的空间,并标志为NULL,这样与第一次访问页面时的逻辑就基本一致了:

if (PS(id) && strpbrk(PS(id), "\r\n\t <>'\"\\")) {
    efree(PS(id));
    PS(id) = NULL;
}

  b.  为了稳妥起见,这里再次验证PS(mod)是否存在,如果不存在则返回错误。

  在PS(mod)存在的情况下,尝试打开句柄(对于session.save_handler=files而言,实际上是打开文件)。

  c.  session_id

  如果session_id不存在,那么会调用相应模块的s_create_sid方法创建相应的session_id。实际上,不管是user, files还是memcache,创建session_id时都是调用的PHPAPI char *php_session_create_id(PS_CREATE_SID_ARGS);有兴趣的同学可以看看生成session_id的算法,比较复杂,由于篇幅问题,这里并不跟踪。

  d.  尝试读取数据

  如果读取失败,则可能原因是session_id是无效的,那么重新尝试c中的步骤,直到读取成功。

if (PS(mod)->s_read(&PS(mod_data), PS(id), &val, &vallen TSRMLS_CC) == SUCCESS) {
    php_session_decode(val, vallen TSRMLS_CC);
    efree(val);
} else if (PS(invalid_session_id)) { /* address instances where the session read fails due to an invalid id */
    PS(invalid_session_id) = 0;
    efree(PS(id));
    PS(id) = NULL;
    goto new_session;
}

在这之前,其实还有一个逻辑:php_session_track_init,用于清除PHP中已经存在的$_SESSION数组(可能是垃圾数据):

static void php_session_track_init(TSRMLS_D)
{
    zval *session_vars = NULL;

    /* Unconditionally destroy existing array -- possible dirty data */
    zend_delete_global_variable("_SESSION", sizeof("_SESSION")-1 TSRMLS_CC);

    if (PS(http_session_vars)) {
        zval_ptr_dtor(&PS(http_session_vars));
    }

    MAKE_STD_ZVAL(session_vars);
    array_init(session_vars);
    PS(http_session_vars) = session_vars;

    ZEND_SET_GLOBAL_VAR_WITH_LENGTH("_SESSION", sizeof("_SESSION"), PS(http_session_vars), 2, 1);
}

4.      session的基本流程

到这里,session_start的流程基本走完了。我们据此总结一下在session.save_handler=files情况下,session的基本流程:

  • php启动的时候,完成session模块的初始化,其中包含对ini中session参数的处理。
  • 用户请求到达,完成模块的RINIT。如果ini中配置了session.auto_start,或者用户调用session_start,便开启session。
  • 尝试从Cookie, Get, Post中获取session_id, 如果没有获取到,说明这是一个新的session,则调用相应的算法生成session_id。打开对应的session文件。
  • 用户的业务逻辑,大多数情况下会包含对$_SESSION全局变量的操作。这些session数据并不是直接写入文件,而是存在内存中。
  • 调用session_commit或者脚本执行完毕时,session数据写入文件,关闭打开的session文件句柄。如果session_id是以Cookie存储的,那么在服务器端的响应中,还应该发送Set-Cookie的HTTP头,通知客户端存储session_id,之后的每次请求都应该携带这个session_id.

5.  session文件存储的问题

让我们回到之前提出的问题:在session.save_handler=files的情况下,会有哪些性能问题和瓶颈?

  a.  文件锁带来的性能问题

  前面我们已经提到,如果一个脚本的处理时间过程,且其中包含session的相关操作,那么其他脚本在访问session数据时便会阻塞,直到前一脚本执行完毕,这是为什么呢?在session/mod_files.c中ps_files_open函数中追踪到这样一句:

flock(data->fd, LOCK_EX);

由于是LOCK_EX(互斥锁),因而在文件锁定期间,即使是读取文件的数据也是不允许的。这就造成要写入或读取的进程必须等待,直到前一进程释放锁(这通常发生在脚本执行完毕或者用户调用session_commit/session_write_close)。

  b.  分布式服务器环境下session共享的问题

session文件存储实际上是存储在服务器的磁盘上的,这样在分布式服务器环境下会造成一定的问题:假如你有a,b,c三台服务器。则用户的多次请求可能按照负载均衡策略定向到不同的服务器,由于服务器之间并没有共享session文件,这在表象看来便发生了session丢失。这虽然可以通过用户粘滞会话解决,但会带来更大的问题:无法服务器的负载均衡,增加了服务器的复杂性

  c.  高并发场景下session,大量磁盘I/O

  基于以上一些原因,在实际应用中,很多都是使用分布式内存缓存memcache或者redis来存储和共享session的。全内存操作使得session操作性能会有更大的提升。

session探索到这里就基本结束了,还有很多问题亟待解决:

  1. session的过期时间
  2. session的gc
  3. session_id的生成算法
  4. session的序列化和反序列化机制
  5. memcache, redis等对session的支持
  6. $_SESSION超全局变量的维护

这些不在一一讲解,有兴趣的同学,可以追踪一下源码实现。

由于时间仓促和个人水平有限,文中难免会有错误,欢迎指出和交流。最后,文章随意转载,但请尊重个人成果,标明出处。

四、参考文献

       1.    http://www.tuicool.com/articles/26Rrui

       2.    《HTTP权威指南》

       3.    http://www.cnblogs.com/shiyangxt/archive/2008/10/07/1305506.html

       4.    http://blog.163.com/lgh_2002/blog/static/4401752620105246517509/

       5.    http://www.cnblogs.com/driftcloudy/p/4011954.html

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