使用Rancher在K8S上部署高性能PHP應用程式

介 紹

PHP是網路上最流行的編程語言之一，許多被廣泛使用的內容管理系統都使用它開發，如WordPress和Drupal，并為現代服務器端框架（如Laravel和Symfony）提供核心代碼，

盡管PHP很受歡迎，但是其緩慢和難以維護也是眾所周知的，近幾年這兩個毛病已經沒有那么嚴重了，但是高性能的PHP應用程式依然會需要兩個功能：OPcache和PHP FastCGI行程管理器（PHP-FPM），

在本文中，你將了解到在Kubernetes上如何使用自定義OPcache和PHP-FPM配置部署一個PHP應用程式以提高其性能，你將使用Rancher來部署一個PHP應用程式，該應用程式使用自定義環境變數來動態配置OPcache和PHP-FPM，我們將展示如何在你的Docker鏡像中構建PHP-FPM配置選項并在容器中使用環境變數調整它們，

在PHP中的性能

首先，了解PHP應用程式中如何處理網路請求將對本文接下來的內容很有幫助，

PHP通常運行在web服務器旁邊，處理請求并將它們發送到PHP應用程式中，你可以使用PHP-FPM或mod_PHP來運行你的應用程式，但在本文中我們將使用PHP-FPM，因為其性能優勢并且NGINX是最常與PHP-FPM一起使用的web服務器，

OPcache介紹

OPcache通過在首次呼叫腳本時將腳本存盤在記憶體中來加速PHP應用程式，進而，隨后的請求將從記憶體而不是檔案系統加載，這可以使你的速度提高74%，

OPcache提供了一些設定，你可以調整這些設定來提高應用程式的性能和可靠性，在本篇教程中，你將了解到如何設定一個PHP Docker鏡像，該鏡像可以調整OPcache的記憶體限制、快取檔案數量以及重新驗證快取頻率，

PHP-FPM介紹

PHP-FPM（FastCGI行程管理器）會啟動一個或多個行程以運行你的PHP應用程式，與mod_PHP（將PHP捆綁為Apache模塊）不同，PHP-FPM使你可以精確控制服務器（或容器）運行的行程數量，以及它們應該如何啟動和停止，

找到一個理想的PHP-FPM配置高度依賴于你的應用程式以及它所服務的請求數量和容器中的記憶體和CPU限制，我推薦你閱讀Hayden James關于這個主題的文章（鏈接已放在文末）并且在負載測驗環境下測驗幾種不同的配置，

在K8S上部署一個PHP應用程式

前期準備

在你進行本篇教程之前，你需要做好以下準備：

• 在你本地機器上安裝好的Docker

• Docker Hub或其他Docker鏡像倉庫上的賬號

• Rancher部署（如果你還沒部署，可以按照Quick start進行）

• 通過Rancher管理的Kubernetes集群

在本教程中使用的所有代碼都可以在Github中獲取，或者你可以按照以下步驟從頭開始構建應用程式，

PHP應用程式

你將要使用的應用程式是一個顯示當前日期的PHP檔案，創建一個新檔案并將其命名為index.php：

<?php
echo 'The current date is ' . date('F jS, Y');

創建Dockerfile和組態檔

在Docker Hub上，你可以獲得很多PHP Docker鏡像，但它們都沒有提供使用環境變數來修改OPcache或PHP-FPM配置的簡便方法，使用環境變數的優勢在于，您無需每次要調整PHP-FPM或OPcache設定時都需要重建PHP映像，這可以讓你快速調整你的應用程式以提升性能，

首先，創建一個名為opcache.ini的新檔案，你將復制該檔案到PHP鏡像中并在Dockerfile中為每個環境變數添加默認值，

# See https://www.php.net/manual/en/opcache.configuration.php for all available configuration options.
[opcache]
opcache.enable=${PHP_OPCACHE_ENABLE}
opcache.memory_consumption=${PHP_OPCACHE_MEMORY_CONSUMPTION}
opcache.max_accelerated_files=${PHP_OPCACHE_MAX_ACCELERATED_FILES}
opcache.revalidate_freq=${PHP_OPCACHE_REVALIDATE_FREQUENCY}
opcache.validate_timestamps=${PHP_OPCACHE_VALIDATE_TIMESTAMPS}

接下來，創建另一個名為www.conf的新檔案，該檔案將存盤PHP-FPM配置選項，你可以通過環境變數對其進行更新：

; See https://www.php.net/manual/en/install.fpm.configuration.php for all available configuration options

; Required user, group, and port options
[www]
user = www-data
group = www-data
listen = 127.0.0.1:9000

; Process manager options
pm = ${PHP_FPM_PM}
pm.max_children = ${PHP_FPM_MAX_CHILDREN}
pm.start_servers = ${PHP_FPM_START_SERVERS}
pm.min_spare_servers = ${PHP_FPM_MIN_SPARE_SERVERS}
pm.max_spare_servers = ${PHP_FPM_MAX_SPARE_SERVERS}
pm.max_requests = ${PHP_FPM_MAX_REQUESTS}

你需要復制這些檔案到你的Docker鏡像中并且設定默認的環境變數值，因此請在專案的根目錄中創建一個新的Dockerfile，添加以下步驟：

FROM php:7.4-fpm

# OPcache defaults
ENV PHP_OPCACHE_ENABLE="1"
ENV PHP_OPCACHE_MEMORY_CONSUMPTION="128"
ENV PHP_OPCACHE_MAX_ACCELERATED_FILES="10000"
ENV PHP_OPCACHE_REVALIDATE_FREQUENCY="0"
ENV PHP_OPCACHE_VALIDATE_TIMESTAMPS="0"

# Install opcache and add the configuration file
RUN docker-php-ext-install opcache
ADD opcache.ini "$PHP_INI_DIR/conf.d/opcache.ini"

# PHP-FPM defaults
ENV PHP_FPM_PM="dynamic"
ENV PHP_FPM_MAX_CHILDREN="5"
ENV PHP_FPM_START_SERVERS="2"
ENV PHP_FPM_MIN_SPARE_SERVERS="1"
ENV PHP_FPM_MAX_SPARE_SERVERS="2"
ENV PHP_FPM_MAX_REQUESTS="1000"

# Copy the PHP-FPM configuration file
COPY ./www.conf /usr/local/etc/php-fpm.d/www.conf

# Copy the PHP application file
COPY ./index.php /var/www/public/index.php
RUN chown -R www-data:www-data /var/www/public

Dockerfile將OPCache配置、PHP-FPM配置以及PHP應用程式檔案復制到鏡像中，并確保包含PHP代碼的var/www/public目錄為PHP-FPM用戶所有，ENV 宣告設定了默認的PHP_OPCACHE_...和PHP_FPM_...環境變數，但你可以在運行這個鏡像時隨時覆寫它們，這將使實際部署中的性能調整變得更加容易，

構建并推送到DockerHub

至此，你的專案中已經有了一個單檔案PHP應用程式、一個OPcache組態檔、一個PHP-FPM組態檔和一個Dockerfile，你現在可以構建你的Docker鏡像：

docker build -t <YOUR_USERNAME>/php-fpm .

接下來，將鏡像推送到Docker Hub：

docker push <YOUR_USERNAME>/php-fpm

部署一個PHP-FPM作業負載

既然你的自定義PHP-FPM鏡像在Docker Hub上已經可以獲取，你可以將其作為作業負載的一部分部署在Kubernetes集群上，使用Rancher UI，創建一個新的deployment，將其命名為php-fpm，并使用<YOUR_USERNAME>/php-fpm作為Docker鏡像，你可以修改以上Dockerfile中使用的任何PHP_OPCACHE _...和PHP_FPM _...環境變數，

在設定Nginx作業負載以服務于PHP-FPM deployment之前，請檢查你的PHP-FPM和OPcache設定是否已正確添加到容器中，在Rancher UI中，單擊PHP deployment旁邊的三個點，然后單擊“ Execute Shell”：

要檢查OPcache模塊是否已啟用，請鍵入php-fpm -i，這將輸出整個PHP .ini配置，瀏覽一下OPcache上的部分，你應該會看到類似以下內容（更改的任何值都會反映出來）：

...
opcache.blacklist_filename => no value =https://www.cnblogs.com/rancherlabs/p/> no value
opcache.consistency_checks => 0 => 0
opcache.dups_fix => Off => Off
opcache.enable => On => On
opcache.enable_cli => Off => Off
opcache.enable_file_override => Off => Off
opcache.error_log => no value => no value
opcache.file_cache => no value => no value
opcache.file_cache_consistency_checks => 1 => 1
opcache.file_cache_only => 0 => 0
opcache.file_update_protection => 2 => 2
opcache.force_restart_timeout => 180 => 180
opcache.huge_code_pages => Off => Off
opcache.interned_strings_buffer => 8 => 8
opcache.lockfile_path => /tmp => /tmp
opcache.log_verbosity_level => 1 => 1
opcache.max_accelerated_files => 10000 => 10000
opcache.max_file_size => 0 => 0
opcache.max_wasted_percentage => 5 => 5
opcache.memory_consumption => 256 => 256
opcache.opt_debug_level => 0 => 0
opcache.optimization_level => 0x7FFEBFFF => 0x7FFEBFFF
opcache.preferred_memory_model => no value => no value
opcache.preload => no value => no value
opcache.preload_user => no value => no value
opcache.protect_memory => 0 => 0
opcache.restrict_api => no value => no value
opcache.revalidate_freq => 0 => 0
opcache.revalidate_path => Off => Off
opcache.save_comments => 1 => 1
opcache.use_cwd => On => On
opcache.validate_permission => Off => Off
opcache.validate_root => Off => Off
opcache.validate_timestamps => Off => Off
...

每當你重新部署PHP-FPM作業負載時，PHP-FPM都會重新啟動并重置OPcache，因此，當你在Kubernetes上運行PHP-FPM時，你通常不必擔心重置OPcache，如果確實要手動重繪快取，最簡單的方法是從Rancher UI重新部署作業負載，

為了確保PHP-FPM配置更改可以生效，請在shell中鍵入php-fpm -tt，你應該看到所有PHP-FPM選項的串列，包括行程管理器更新的部分（該管理器添加到www.conf檔案并使用環境變數進行設定）：

NOTICE:  pm = dynamic
NOTICE:  pm.max_children = 10
NOTICE:  pm.start_servers = 2
NOTICE:  pm.min_spare_servers = 1
NOTICE:  pm.max_spare_servers = 2
NOTICE:  pm.process_idle_timeout = 10
NOTICE:  pm.max_requests = 1000

部署Nginx作業負載

現在，你有一個PHP-FPM作業負載，但是沒有Web服務器可以訪問它，你可以使用許多NGINX Docker鏡像來為你的PHP應用程式提供服務，但是我通常使用這個NGINX鏡像（https://www.shiphp.com/blog/2018/nginx-php-fpm-with-env ），它允許你通過使用環境變數將一個鏡像用于任意數量的PHP-FPM作業負載，

在Rancher UI中創建新的作業負載，該負載與PHP-FPM作業負載在相同的集群上，將其命名為nginx，使用Docker鏡像shiphp / nginx-env，將容器上的埠80映射到集群上的開放埠，并添加環境變數NGINX_HOST = php-fpm：

如果你把PHP-FPM作業負載命名為php-fpm以外的名字，或者你想為第二個作業負載提供服務，你可以使用NGINX_HOST環境變數來連接它，這也允許你在同一個集群上運行多個PHP-FPM和Nginx作業負載，這也允許你在同一個集群上運行多個PHP-FPM和Nginx作業負載，

一旦你的Nginx作業負載可用，點擊它所在的埠鏈接，打開Web應用程式，你應該看到你的PHP腳本生成的當前日期，

結 論

現在，你已經將PHP-FPM作業負載部署到了Kubernetes集群中，你可以開始真正的性能調優作業了，幸運的是，現在更新 PHP-FPM 和 OPcache設定就像更改環境變數和重新部署 Workload 一樣簡單，這將允許你嘗試新的設定，并比重新構建鏡像更快獲得反饋，

從Web應用程式中獲得最佳性能是一個反復的程序，但希望本教程中的Kubernetes部署能幫助你構建更高性能的PHP應用程式，

參考鏈接：

PHP性能提升：
https://gbksoft.com/blog/php-5-vs-php-7-performance-comparison/

PHP-FPM性能優勢：
https://www.cloudways.com/blog/php-fpm-on-cloud/

NGINX
http://nginx.org/en/

OPcache配置設定：
https://www.php.net/manual/en/opcache.configuration.php

提升性能以及你的OPcache應用程式可靠性：
https://tideways.com/profiler/blog/fine-tune-your-opcache-configuration-to-avoid-caching-suprises

Hayden James的PHP-FPM調整文章：
https://haydenjames.io/php-fpm-tuning-using-pm-static-max-performance/

PHP-FPM配置測驗：
https://speakerdeck.com/erictendian/performance-testing-and-optimization-with-laravel-and-lumen

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