PHPカンファレンス福岡2019

1. 2019/6/29 reveal.js
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PHPの関数実行とその計測PHPの関数実行とその計測
五十嵐 進士 / @sji_ch

2. 2019/6/29 reveal.js
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私は誰ですか私は誰ですか
サーバサイドプログラマー
株式会社インフィニットループ
たぶん月刊 PHP ニュース
php-master-changes

3. 2019/6/29 reveal.js
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仙台民、学生時代は佐世保民
PHP カンファレンス仙台とかやりました
PHP 歴は累計 6 年くらい
元は趣味で C 言語を少し

4. 2019/6/29 reveal.js
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5. 2019/6/29 reveal.js
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AgendaAgenda
PHP の関数実行の仕組みについて
PHP の関数実行の計測について

6. 2019/6/29 reveal.js
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PHP の関数とはPHP の関数とは

7. 2019/6/29 reveal.js
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プログラムに行わせる一連の処理のまとまり

8. 2019/6/29 reveal.js
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<?php
function sum(int $a, int $b): int {
return $a + $b;
}
echo sum(1, 2);

9. 2019/6/29 reveal.js
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PHP の関数実行の仕組みPHP の関数実行の仕組み

10. 2019/6/29 reveal.js
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ZendEngine の概要ZendEngine の概要
ZendEngine って知ってる？
ZendEngine が何のことか大体分かる？

11. 2019/6/29 reveal.js
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PHP 公式処理系の中心部（エンジン）
PHP 4 の頃に Zeev さんと Andi さんが作った
2 字ずつとって Zend

12. 2019/6/29 reveal.js
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ZendEngine
=
バイトコードコンパイラ + バイトコードを実行する VM

13. 2019/6/29 reveal.js
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PHP コードは ZendVM のオペコードにコンパイルされる
ZendVM(Executor) がオペコードを実行する

14. 2019/6/29 reveal.js
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15. 2019/6/29 reveal.js
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16. 2019/6/29 reveal.js
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// 実際にはもう少し複雑
foreach ($op_array as $opline) {
// 例: [ADD, [1, 2]]
[$opcode, $operands] = $opline;
$handler = $opcode_handlers[$opcode];
$handler($operands);
}

17. 2019/6/29 reveal.js
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コンパイルの流れコンパイルの流れ

18. 2019/6/29 reveal.js
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19. 2019/6/29 reveal.js
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字句解析字句解析
↓
<?php
function sum(int $a, int $b): int {
return $a + $b;
}
echo sum(1, 2);
T_OPEN_TAG
T_FUNCTION T_STRING (T_STRING T_VARIABLE, T_STRING T_VARIABLE): T_STRING {
T_RETURN T_VARIABLE + T_VARIABLE;
}
T_ECHO T_STRING(T_LNUMBER, T_LNUMBER);

20. 2019/6/29 reveal.js
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構文解析構文解析

21. 2019/6/29 reveal.js
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構文解析（構文規則一部）構文解析（構文規則一部）
top_statement: function_declaration_statement
function_declaration_statement:
function returns_ref T_STRING '(' parameter_list ')' return_type
'{' inner_statement_list '}'
returns_ref:
/* empty */
| '&'
parameter_list:
non_empty_parameter_list
| /* empty */
non_empty_parameter_list:
parameter
| non_empty_parameter_list ',' parameter

22. 2019/6/29 reveal.js
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構文解析（構文規則一部）構文解析（構文規則一部）
parameter:
optional_type is_reference is_variadic T_VARIABLE
| optional_type is_reference is_variadic T_VARIABLE '=' expr
optional_type:
/* empty */
| type_expr
type_expr:
type
| '?' type
type:
T_ARRAY
| T_CALLABLE
| name

23. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 23/78
構文解析（構文規則一部）構文解析（構文規則一部）
name:
namespace_name
| T_NAMESPACE T_NS_SEPARATOR namespace_name
| T_NS_SEPARATOR namespace_name
namespace_name:
T_STRING
| namespace_name T_NS_SEPARATOR T_STRING
return_type:
/* empty */
| ':' type_expr
;

24. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 24/78
構文解析（構文木）構文解析（構文木）
↑（先の字句解析結果）を構文規則に当てはめると

25. 2019/6/29 reveal.js
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構文解析（具象構文木）構文解析（具象構文木）

26. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 26/78
構文解析（具象構文木）構文解析（具象構文木）
top_statement_list
top_statement
function_declaration_statement statement
function return_type
T_FUNCTION :
T_STRING parameter_list( )
nom_empty_parameter_list
parameter parameter,
optional_type T_VARIABLE
type_expr
type
name
namespace_name
T_STRING
optional_type T_VARIABLE
type_expr
type
name
namespace_name
T_STRING
type
name
namespace_name
type_expr
T_STRING
inner_statement_list
この先省略
この先省略
top_statement

27. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 27/78
構文解析（AST）構文解析（AST）
AST_STMT_LIST
AST_FUNC_DECL AST_ECHO
AST_PARAM_LIST AST_STMT_LIST AST_TYPE
AST_PARAM AST_PARAM
AST_TYPE a AST_TYPE b
AST_RETURN
AST_BINARY_OP
AST_VAR AST_VAR
a b
AST_CALL
AST_NAME AST_ARG_LIST
1 2

28. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 28/78
コード生成コード生成

29. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 29/78
AST_STMT_LIST
AST_FUNC_DECL
AST_PARAM_LIST AST_STMT_LIST AST_TYPE
AST_PARAM AST_PARAM
AST_TYPE a AST_TYPE b
AST_RETURN
AST_BINARY_OP
AST_VAR AST_VAR
a b

30. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 30/78
AST をオペコードにコンパイルAST をオペコードにコンパイル

31. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 31/78
生成されるコード生成されるコード
$_main:
INIT_FCALL 2 128 string("sum")
SEND_VAL int(1) 1
SEND_VAL int(2) 2
V0 = DO_UCALL
ECHO V0
RETURN int(1)
sum:
CV0($a) = RECV 1
CV1($b) = RECV 2
T2 = ADD CV0($a) CV1($b)
VERIFY_RETURN_TYPE T2
RETURN T2
VERIFY_RETURN_TYPE
RETURN null

32. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 32/78
関数 と op_array関数 と op_array

33. 2019/6/29 reveal.js
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<?php
// function 擬似的なmain関数() {
function sum(int $a, int $b): int {
return $a + $b;
}
echo sum(1, 2);
// }

34. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 34/78

35. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 35/78
関数呼び出しのオペコード関数呼び出しのオペコード
$_main:
INIT_FCALL 2 128 string("sum")
SEND_VAL int(1) 1
SEND_VAL int(2) 2
V0 = DO_UCALL
ECHO V0
RETURN int(1)
sum:
CV0($a) = RECV 1
CV1($b) = RECV 2
T2 = ADD CV0($a) CV1($b)
VERIFY_RETURN_TYPE T2
RETURN T2
VERIFY_RETURN_TYPE
RETURN null

36. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 36/78
VMのスタックVMのスタック

37. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 37/78
ファイルの読み込みファイルの読み込み

38. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 38/78
ここ見ると大抵わかるここ見ると大抵わかる

39. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 39/78
処理系の標準処理のフック処理系の標準処理のフック

40. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 40/78
Zend Engine の一部内部処理は関数ポインタ
zend_compile
zend_execute
zend_ast_process
zend_set_user_opcode_handler
拡張等から色々差し替え可能

41. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 41/78
ZendEngineでの関数実行まとめZendEngineでの関数実行まとめ
PHP コードは関数の集まり、一見ないように見えても
関数はオペコードの集まり
PHP コードはオペコードにコンパイルされる
VM はメモリ上にその時々の状態を持つ
ZendEngine の挙動は拡張等でカスタマイズできる

42. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 42/78
関数実行の計測関数実行の計測

43. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 43/78
プログラムの高速化
とりあえず何をするか

44. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 44/78
推測するな、計測せよ

45. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 45/78
ボトルネックボトルネック
実行時間の中の大きい割合を占める部分
経験則として、わりと一部コードが原因で全体の足を引っ張りがち
ボトルネックを集中的に改善すると効率が良い

46. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 46/78
原始的計測原始的計測
<?php
function sum(int $a, int $b): int {
return $a + $b;
}
$start = microtime(true);
$result = sum(1, 2);
$end = microtime(true) - $start;
}

47. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 47/78
原始的方法の良いところ原始的方法の良いところ
追加のライブラリやツールのインストールがいらない
任意の区間を計測対象に出来る
DB/キャッシュアクセスの共通コードに仕込む等で大枠はつかめる

48. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 48/78
原始的方法の欠点原始的方法の欠点
計測箇所ごとにコード修正が必要
細かく見ようとするとダルい
分かりやすくI/Oがボトルネックになっているケース以外で困る

49. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 49/78
Pro ler とはPro ler とは
性能解析のためのツール
プログラムの各処理の実行性能を収集
統計情報を出力

50. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 50/78
2種類の計測方式2種類の計測方式

51. 2019/6/29 reveal.js
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関数呼び出しフック方式（以降フック方式）
サンプリング方式

52. 2019/6/29 reveal.js
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フック方式フック方式

53. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 53/78
フック方式の仕組みフック方式の仕組み
op_array を実行する zend_execute_ex() は実際には関数ポインタ
拡張から以下のような処理へ差し替える
開始時刻を取得
差し替え前の zend_execute_ex() を呼び出す
終了時刻を取得
「呼び出し元関数名 + 関数名」をキーにした連想配列へ全呼
び出しを記録

54. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 54/78
フック方式の例フック方式の例
xdebug
xhprof
tideways
black re
spx

55. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 55/78
xhprofxhprof
Facebook 製の拡張
HHVM 移行で PHP7 未対応のまま捨てられた
関数フック方式
全関数呼び出しをフック
black re や tideways 等に派生
xdebug のより軽いのがウリ

56. 2019/6/29 reveal.js
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57. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 57/78

58. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 58/78
tidewaystideways
元は xhprof からの派生プロファイラ
区間計測機能を持つ
現在は xhprof ベースではなく、0 からリライトされたクローズドソー
スの拡張に
xhprof 互換機能のみ切り出した tideways_xhprof が OSS に
xhprof 互換の無料で使えるプロファイラの中でもよくメンテされて
る

59. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 59/78

60. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 60/78

61. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 61/78
フック型の計測オーバーヘッドフック型の計測オーバーヘッド
計測関数の呼び出しによるオーバヘッド
VM のネスト呼び出しによるオーバヘッド
これらがほぼ固定時間でかかる
チリツモで効く

62. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 62/78

63. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 63/78
PHP8 の JITPHP8 の JIT
来年末に PHP8 リリース
JIT が入る
I/O バウンドな処理にはあまり関係ないが、PHP コード自体は速く
なる
VM の実行方式が変わって zend_execute_ex() フックが効かなくな
るかも
AST 操作等で自動で計測処理を仕込む手もあるが、オーバーヘッ
ド問題大きくなる

64. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 64/78
フック方式まとめフック方式まとめ
あらゆる関数呼び出しを計測可能
計測する箇所ごとに計測コードを差し込む必要がない
計測対象の大量呼び出しに弱い
分かりやすいボトルネックがある場合に便利

65. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 65/78
サンプリング方式サンプリング方式

66. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 66/78
サンプリング方式の仕組みサンプリング方式の仕組み
計測対象と平行動作するプログラムが VM の状態をサンプリング
して監視
ExecutorGlobals や VM の呼び出しスタック、実行中の命令位置
など
サンプリングしたタイミングでよく実行されている箇所が重い箇所

67. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 67/78

68. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 68/78
サンプリング方式の例サンプリング方式の例
nikic/sample_prof
adsr/phpspy
krakjoe/trace

69. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 69/78
nikic/sample_profnikic/sample_prof
C 言語拡張
ソースコードの行レベルで計測がとれる
各関数に散財する変数代入がチリツモで遅い、とかにも気付ける
極度にCPU バウンドな処理で型検査のコストが重い可能性とかに
も気付ける

70. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 70/78
内部はプロファイラの開始時に pthread_create() でスレッドを起動
指定したサンプリングレートで計測スレッドが VM の状態を監視

71. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 71/78
// 起動自体は他プロファイラと似たような方法でいける
sample_prof_start(50); // ここでスレッド生成
register_shutdown_function(function(){
sample_prof_end();
$data = sample_prof_get_data();
file_put_contents(uniqid() . 'prof.txt', serialize($data));
});

72. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 72/78
adsr/phpspyadsr/phpspy
スタンドアロンの C 言語プログラム
拡張ではない

73. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 73/78

74. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 74/78
PHP 処理系のメモリレイアウトについての情報を自前で持つ
別プロセスからメモリを読んで VM の内部状態を監視
性能計測もできれば変数も覗き見れる
暴走無限ループ時にコードのどこを実行中かも見れる

75. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 75/78

76. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 76/78
Ruby の rbspy が元ネタ

77. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 77/78
サンプリング方式まとめサンプリング方式まとめ
計測対象の処理に影響を与えず計測できる
関数呼び出し関係の情報はある程度犠牲になる
大量に呼び出される関数があってもオーバヘッドの累積が無い

78. 2019/6/29 reveal.js
localhost:8000/?print-pdf/#/ 78/78
おしまいおしまい