ソースコードから理解するPreloadとJITの話/preload_and_jit

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1. @hanhan1978 ソースコードから理解する PreloadとJITの話 PHP Conference Japan 2020/12/12

2. @hanhan1978 • 富所 亮 • 職業 ◦ Webアプリケーションエンジニア ◦ 雑用係

   • ブログ ◦ https://blog.hanhans.net • Yokohama North AM ◦ https://anchor.fm/yokohama-north-am

3. 興味のある方は... ※気が向いた時にやってます ... https://shadow-php.connpass.com/

4. 秒でGDBデバッグ https://github.com/hanhan1978/shadow-php/wiki

5. 本日のテーマ preloadとjitの肌感を掴む • 謎の技術にせず、仕組みから理解 • どれくらい速度向上するのか • 本番環境での採用是非

6. PHP高速化の歴史

7. PHPはスクリプト言語 実行の大まかな流れ

8. PHPはスクリプト言語 実行の大まかな流れ ここで時間がかかる

9. PHPerが行ってきた解決策

10. 中間コードキャッシュ コンパイル結果(OPCode)をメモリにキャッシュ

11. 歴代の中間コードキャッシュ XCache 〜PHP5.6 eAccelarator 〜PHP5.6 Alternative PHP Cache (APC) PHP5.4

    Zend Opcache PHP5.5〜 ※これらのツールを同居させると ShareMemory戦国時代になりSegFault

12. OPCacheがデファクトスタンダード PHP5.5以降は一択 そして、PHP7.4以降からOPCacheにさらなる高速化の仕組みが 導入されるようになった....ここから本題

13. 余談１ 稀によく見るうっかりさん。OPCache入ってない ※php -v ですぐ確認できるので、心当たりのある方は確認を

14. ※OPcacheが入ってなくて良いことは一個もないです

15. PHPスクリプト実行の詳細

16. PHPはスクリプト言語 • 実行時にコンパイル • コンパイル＆実行を繰返す

17. 例えば

18. PHP実行の流れ

19. None

20. 実行の詳細

21. None
22. None

23. 中間コードキャッシュに よってコンパイルの過程 が省略される

24. 具体例

25. ファイル構成

26. index.php

27. autoload.php

28. A.php

29. B.php

30. 実行すると

31. 実行すると autoloaderが2回呼び出されている

32. 実行の流れ

33. ４回のコンパイル

34. OPCacheが解決するもの 4回分のコンパイルがキャッシュで解決

35. 計測

36. OPCache − ◯ Req / Sec 111.55 680.42 ※OPCacheの有効化によって、処理速度は約 6倍

    Laravelの30秒ベンチマーク

37. 高速化技術が達成すること 1. OPCache >> 2. OPCache preload >> 3. OPCache

    JIT >> ??? ??? ???

38. 高速化技術が達成すること 1. OPCache >> コンパイル回数の軽減 2. OPCache preload >> 3.

    OPCache JIT >> ??? ???

39. OPCache preloadとは？

40. PHP7.4から追加 https://wiki.php.net/rfc/preload

41. • OPCacheの機能追加として提案 • サーバー起動時に指定ファイルをコンパイル して、メモリに読込 ※一見すると、中間コードキャッシュと同じことをしているように見える

42. 具体例

43. ファイル構成

44. preload.php

45. php.ini

46. 実行すると

47. 実行すると Class Aはautoloadされてない！！

48. 実行の流れ

49. ３回のコンパイル

50. • autoloadが省略される • preload以外のファイルは opcache.validate_timestamp=0と同じ挙動 • 直接のrequireはpreloadが活用されない

51. preloadソース v7.4.3

52. ext/opcache/ZendAccelarator.c - SAPI起動時に L4200 preload_load() - globalなデータ領域にpreloadしたクラス、ファイルの情報を登録 する - opcodes実行時のコンパイルに使われるのは、L1914

    persistent_compile_file。これはpreloadの有無に依らない

53. Zend/zend_execute_API.c - L1419 zend_fetch_class_by_name が未解決のクラス名に対して コールされる - zend_hash_findでコンパイル済みのクラスが発見されれば、それを 使う(preload) -

    それ以外は、autoloaderを使ってクラスの解決が行われて、ファイル が見つかればコンパイルされる ※要するにpreloadされるとautoloaderまで処理がいかずに解決できる

54. 計測

55. Laravelの30秒ベンチマーク OPCache − ◯ ◯ Preload − − ◯ Req

    / Sec 111.55 680.42 774.14 ※preload有効化によって、処理速度は約 14%向上

56. 高速化技術が達成すること 1. OPCache >> コンパイル回数の軽減 2. OPCache preload >> 3.

    OPCache JIT >> ??? ???

57. 高速化技術が達成すること 1. OPCache >> コンパイル回数の軽減 2. OPCache preload >> autoloadの軽減

    3. OPCache JIT >> ???

58. 余談 Windows用PHPのpreload機能は7.4.2の時点で機能削除 https://www.php.net/manual/en/opcache.preloading.php

59. OPCache JITとは？

60. PHP8.0から追加 https://wiki.php.net/rfc/jit

61. ZendVMで実行するのではなく Native Codeを実行する

62. • 機械語実行により処理速度が最適化 • 同様のことはpcre-jitやJS等でもおなじみ

63. 実行の詳細

64. None
65. None

66. OPCodeをさらに機械語に変換 CPUで直接実行！！

67. • コード実行が最適化 • JITコンパイルのオーバーヘッドは実行速度で 補填

68. JITソース v8.0.0

69. OPCacheが主に関わってくるソースコード JIT関連はopcache/jitに固まっているので 分かりやすい。

70. opcodeをx86のアセンブラに変換している zend_jit_x86.c

71. ext/opcache/jit/zend_jit.c - zend_jit_op_array において泥臭い変換処理が行われている - アーキテクチャ依存のコード変換なので未対応だと動作しない - LuaJIT由来のDynAsmを利用

72. JIT化される単位 - zend_jit_op_array はファイル毎に呼び出し - クラス単位、関数単位でopcodeの最適化が行われて、関数のIOを合わ せた形でZendVMの主処理と繋ぎ合わされる - １ファイル１関数に全部の処理を入れたら、効果的に効きそう

73. 計測

74. Laravelの30秒ベンチマーク OPCache − ◯ ◯ Preload − − ◯ Req

    / Sec 111.55 680.42 774.14 Req / Sec (JIT) − 696.57 812.93 ※JIT有効化によって、処理速度は約 2.5〜5%向上

75. モンテカルロ法を計測

76. 円周率計算のベンチマーク OPCache − ◯ Sec 9.74 8.96 Sec (JIT) −

    5.20 ※JIT有効化によって、処理速度は約 42%向上 100,000,000回試行の処理時間

77. 高速化技術が達成すること 1. OPCache >> コンパイル回数の軽減 2. OPCache preload >> autoloadの軽減

    3. OPCache JIT >> ???

78. 高速化技術が達成すること 1. OPCache >> コンパイル回数の軽減 2. OPCache preload >> autoloadの軽減

    3. OPCache JIT >> コード実行の最適化

79. JITの現状

80. • https://bugs.php.net/search.php?cmd=display&packa ge_name[]=opcache • RedditのPHP系板 • https://www2.slideshare.net/nikita_ppv/justintime-co mpiler-in-php-8 情報キャッチアップ

81. 使用上の注意

82. • 内部の実行パスが変わる • 開発も同じ設定にするのが吉 • ファイル更新でopcache_clearとか...

83. phpunitで使うには これを設定しないと、コマンドライン実行時にopcache が動かない。

84. まとめ

85. 高速化技術が解決すること 1. OPCache >> コンパイル回数の軽減 2. OPCache preload >> autoloadの軽減

    3. OPCache JIT >> コード実行の最適化

86. 仕組みを理解 適切なアプリケーションに適用 コレ大事！！

87. 参考１ https://speakerdeck.com/hanhan1978/web-application-tuning-guildline

88. 参考２ https://gist.github.com/hellerbarde/2843375 Network IOはメモリアク セスの5万倍遅い

89. リアルなウェブアプリのボトルネックは、大半 がDBアクセス CPU負荷の数%は全体のボトルネックでは 微々たるもの

90. 本番投入はオススメしづらい... ISUCON用機能なのでは...