🍦 👉 🐐 PHP 8のJITについて ❔ 👇🏾 ⛄️

「PHPのバックエンド開発者」コースの開始前夜に記事の翻訳が準備されました

TL、DR

PHP 8のJust In Timeコンパイラーは、Opcache拡張機能の一部として実装されており、実行時にオペレーティングコードをプロセッサー命令にコンパイルするように設計されています。

つまり、JITを使用すると、一部のオペレーティングコードをZend VMで解釈する必要がなくなり、そのような命令はプロセッサレベルの命令として直接実行されます。

PHP 8のJIT

PHP 8の最もコメントの多い機能の1つは、Just In Time（JIT）コンパイラーです。これは多くのブログやコミュニティで耳にします-それについては多くの話題がありますが、これまでのところ、JITがどのように機能するかについての詳細はあまりわかりません。

有用な情報を見つけるために何度も試行錯誤を繰り返した結果、PHPのソースコードを調べることにしました。私のCに関する小さな知識と、これまでに収集できた散在するすべての情報を組み合わせて、この記事を準備し、PHP JITをよりよく理解するのに役立つことを願っています。

物事をシンプルに保つために：JITが期待どおりに機能する場合、コードはZend VMを介して実行されるのではなく、一連のプロセッサレベルの命令として直接実行されます。

これが全体のアイデアです。

しかし、これをよりよく理解するには、PHPが内部でどのように機能するかを考える必要があります。それほど難しいことではありませんが、いくつかの紹介が必要です。

私はすでに、phpがどのように機能するかについての概要をまとめた記事を書いています。この記事が複雑になりすぎていると思われる場合は、その前任者を読んで戻ってきてください。これにより、処理が少し簡単になります。

PHPコードはどのように実行されますか？

私たちは皆、phpがインタープリター型言語であることを知っています。しかし、これは実際にはどういう意味ですか？

スニペットであれ、Webアプリケーション全体であれ、PHPコードを実行するときはいつでも、phpインタープリターを経由する必要があります。最も一般的に使用されるのは、PHP FPMとCLIインタープリターです。彼らの仕事は非常に簡単です。phpコードを取得して解釈し、結果を返すだけです。

これは、すべてのインタプリタ言語に共通の状況です。一部の手順は異なる場合がありますが、一般的な考え方は同じです。PHPでは、次のように機能します。

PHPコードが読み取られ、トークンと呼ばれるキーワードのセットに変換されます。このプロセスにより、インタプリタはプログラムのどの部分に各コードが記述されているかを理解できます。この最初のステップは、LexingまたはTokenizingと呼ばれます。
, PHP . (Abstract Syntax Tree — AST) , (parsing). AST , , . , «echo 1 + 1» « 1 + 1» , , « , — 1 + 1».
AST, , . -, , (Intermediate Representation IR), PHP (Opcode). AST .
オペコードが作成されたので、最も興味深いのはコードの実装です。PHPにはZend VMと呼ばれるエンジンがあり、オペコードのリストを取得して実行できます。すべてのオペコードが実行された後、プログラムは終了します。

少しわかりやすくするために、

図を作成しました。PHP解釈プロセスの簡略図です。

あなたが見ることができるようにかなり簡単です。しかし、ここにもボトルネックがあります。phpコードが頻繁に変更されない場合、実行するたびにコードを字句解析および解析するポイントは何ですか？

結局のところ、オペコードだけに興味がありますよね？正しい！これがOpcache拡張が存在する理由です。

Opcache拡張

Opcache拡張機能はPHPに付属しており、通常、無効にする特別な理由はありません。 PHPを使用している場合は、Opcacheを有効にする必要があります。

これは、オンラインの共有オペコードキャッシュレイヤーを追加することです。その仕事は、最近生成されたオペコードをASTからフェッチしてキャッシュし、後の実行で字句解析と解析のフェーズを簡単にスキップできるようにすることです。

以下は、Opcache拡張を考慮した同じプロセスの図です。Opcacheを使用した

PHP解釈フロー。ファイルがすでに解析されている場合、phpはファイルを再解析するのではなく、キャッシュされたオペコードを抽出します。

字句解析、解析、およびコンパイルのステップがどれほど美しくスキップされるかを魅了するだけです。

注意：ここで、PHP 7.4プリロード機能が役に立ちます。これにより、PHP FPMにコードベースを解析し、それをオペコードに変換し、実際に何かを行う前でもキャッシュするように指示できます。

ここでJITをどこに貼り付けることができるのか疑問に思われるかもしれませんね。少なくとも私はそう願っています。それが私がこの記事を書いている理由です...

Just In Timeコンパイラーは何をしますか？

PHP Internals NewsのPHPとJITポッドキャストのエピソードで Zivの説明を聞いた後、JITが実際に何をするべきかについていくつかのアイデアを得ることができました...

Opcacheがopcodeの高速フェッチを許可し、Zend VM、JITに直接ジャンプできる場合Zend VMがなくても機能するように設計されています。

Zend VMは、オペレーティングコードとプロセッサ自体の間のレイヤーとして機能するCプログラムです。JITはコンパイルされたコードを実行時に生成するため、phpはZend VMをスキップして、直接プロセッサにジャンプできます。理論的には、パフォーマンスの点でこれから利益を得るべきです。

マシンコードをコンパイルするには、アーキテクチャのタイプごとに非常に具体的な実装を作成する必要があるため、最初は奇妙に聞こえました。しかし、実際にはかなり現実的です。

PHPのJIT実装は、DynASM（動的アセンブラー）ライブラリーを使用します。これは、特定の形式のCPU命令のセットを、さまざまなタイプのCPUのアセンブリコードにマップします。したがって、Just In Timeコンパイラは、DynASMを使用してオペレーティングコードをアーキテクチャ固有のマシンコードに変換します。

まだ誰かが私を悩ませていましたが...

プリロードが実行前にPHPコードを操作可能に解析でき、DynASMが操作可能コードをマシンコードにコンパイルできる場合（ジャストインタイムコンパイル）、Ahead of Timeコンパイルを使用してPHPを適切な場所にコンパイルしないのはなぜですか？

私がポッドキャストエピソードから得た考えの1つは、PHPの型が弱いということでした。つまり、Zend VMが特定のオペコードを実行しようとするまで、PHPは変数の型を知らないことがよくあります。これは、変数のさまざまな型表現への多くのポインタを持つzend_value共用体型を

調べることで理解できます。 ZendのVMがzend_valueから値を取得しようとするたびに、それはのようなマクロの使用ZSTR_VALを値の連結から文字列ポインタにアクセスしようとしています。

たとえば、このZend VMハンドラーは、以下（<=）式を処理する必要があります。オペランドのタイプを推測するために、さまざまなコードパスに分岐する方法を確認してください。

この型推論ロジックをマシンコードで複製することは現実的ではなく、物事をさらに遅くする可能性があります。

型が評価された後の最後のコンパイルも、マシンコードへのコンパイルはCPUを集中的に使用するタスクであるため、適切なオプションではありません。したがって、実行時にすべてをコンパイルすることは悪い考えです。

Just In Timeコンパイラはどのように動作しますか？

十分な量のプリコンパイルを生成するために型を推定することはできないことがわかった。実行時のコンパイルにはコストがかかることもわかっています。 JITはPHPにどのように役立ちますか？

この方程式のバランスを取るために、PHP JITは、価値があると考えるいくつかのオペコードのみをコンパイルしようとします。これを行うために、Zend仮想マシンによって実行されるオペコードのプロファイルを作成し、どのコードがコンパイルに意味があるかをチェックします。（構成によって異なります）。

特定のopcodeがコンパイルされると、Zend VMに委任する代わりに、コンパイルされたコードに実行を委任します。次の図のようになります

。JITを使用したPHP解釈フロー。それらがすでにコンパイルされている場合、オペコードはZend VMを介して実行されません。

したがって、Opcache拡張機能には、特定のオペレーティングコードをコンパイルする必要があるかどうかを決定するいくつかの命令があります。その場合、コンパイラーはDynASMを使用してそれをマシンコードに変換し、この新しく生成されたマシンコードを実行します。

興味深いことに、現在の実装ではコンパイル済みコード（構成可能）にメガバイトの制限があるため、コード実行はJITと解釈済みコードをシームレスに切り替えることができるはずです。

ちなみに、Benoit JacquemontによるphpのJITに関するこの講演は、これを理解するのに非常に役立ちました。

どのような場合にコンパイルが行われるかはまだわかりませんが、まだこれについては知りたくありません。

だから、あなたの生産性の向上はおそらく巨大ではないでしょう

ほとんどのphpアプリケーションはJust In Timeコンパイラーを使用してもパフォーマンスのメリットがあまりないと誰もが言っている理由が今、もっとはっきりしていることを願っています。そして、アプリケーションのさまざまなJIT構成のプロファイリングと実験に関するZivの推奨事項が最善の方法である理由。

PHP FPMを使用している場合、コンパイルされたオペコードは通常複数のリクエストに分散されますが、これはまだゲームチェンジャーではありません。

これは、JITがCPUの操作を最適化するためであり、現在、ほとんどのphpアプリケーションは、他の何よりもI / Oに依存しています。とにかくディスクやネットワークにアクセスする必要がある場合、処理操作がコンパイルされているかどうかは関係ありません。タイミングは非常に似ています。

もしも...

画像処理や機械学習など、I / O以外のことを実行しています。 I / O以外のものは、ジャストインタイムコンパイラの恩恵を受けます。これが、CではなくPHPで記述されたネイティブPHP関数を書くことに傾倒していると人々が言う理由でもあります。このような関数をコンパイルしても、オーバーヘッドは劇的に変わりません。

PHPプログラマーとしての興味深い時間...

この記事がお役に立てば幸いです。PHP8のJITについて理解を深めていただければ幸いです。ここで、これをあなたの仲間の開発者と共有することを忘れないでください、それは確かにあなたの会話に少しの価値を追加します！-- @nawarian

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