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@hanhan1978
ソースコードから理解する
PreloadとJITの話
PHP Conference Japan 2020/12/12
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@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
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興味のある方は...
※気が向いた時にやってます ...
https://shadow-php.connpass.com/
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秒でGDBデバッグ
https://github.com/hanhan1978/shadow-php/wiki
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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
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PHP高速化の歴史
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PHPはスクリプト言語
実行の大まかな流れ
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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
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PHPerが行ってきた解決策
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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
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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
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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
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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
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※OPcacheが入ってなくて良いことは一個もないです
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PHPスクリプト実行の詳細
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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
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例えば
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PHP実行の流れ
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No content
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実行の詳細
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No content
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No content
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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
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具体例
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ファイル構成
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index.php
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autoload.php
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A.php
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B.php
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実行すると
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実行すると
autoloaderが2回呼び出されている
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実行の流れ
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４回のコンパイル
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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
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計測
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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
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高速化技術が達成すること
1. OPCache >>
2. OPCache preload >>
3. OPCache JIT >>
???
???
???
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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 >>
???
???
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OPCache preloadとは？
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PHP7.4から追加
https://wiki.php.net/rfc/preload
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● 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
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具体例
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ファイル構成
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preload.php
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php.ini
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実行すると
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実行すると
Class Aはautoloadされてない！！
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実行の流れ
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３回のコンパイル
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● 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
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preloadソース v7.4.3
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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
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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
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計測
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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
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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 >>
???
???
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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 >> ???
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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
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OPCache JITとは？
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PHP8.0から追加
https://wiki.php.net/rfc/jit
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ZendVMで実行するのではなく
Native Codeを実行する
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● 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
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実行の詳細
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No content
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No content
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OPCodeをさらに機械語に変換
CPUで直接実行！！
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● 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
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JITソース v8.0.0
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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。
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opcodeをx86のアセンブラに変換している
zend_jit_x86.c
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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
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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
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計測
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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
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モンテカルロ法を計測
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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
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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 >> ???
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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
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JITの現状
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● 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
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使用上の注意
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● 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...
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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。
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まとめ
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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
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仕組みを理解
適切なアプリケーションに適用
コレ大事！！
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参考１
https://speakerdeck.com/hanhan1978/web-application-tuning-guildline
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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
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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
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本番投入はオススメしづらい...
ISUCON用機能なのでは...