扩展的实现原理

无论是 PHP 扩展还是 Zend 扩展，它们实现的基本原理都是开发者按照扩展规范和 API，实现自己的功能，然后要么以静态编译方式编译到 PHP 的可执行文件，要么以动态编译方式生成动态链接库 .so 文件。加载扩展时，PHP 将动态链接库文件加载到内存，校验其符合规范后，PHP 即可以使用此扩展。

那么这里提到的库是什么呢？库可以看作可复用代码的二进制形式。在计算机世界中，每个程序都要依赖很多基础的底层库。库分为两种：静态链接库和动态链接库。在编译生成可执行程序时，一起被打包到可执行文件的库称为静态链接库，Linux 下一般以 .a 为扩展名（Windows 下为 .lib）；而生成可执行文件时并未被打包，在运行时才被载入的库，称为动态链接库，Linux 下一般以 .so 为扩展名（Windows 下为 .dll）。动态链接库使用起来比静态链接库稍微麻烦，但有着非常明显的优势。

  1. 相对于静态链接库，使用动态链接库可以有效地缩小程序体积，节省空间，在同一个运行环境下，不同的程序可以调用相同的库。

  2. 程序更新时，使用了静态链接库的程序需要重新编译整个程序，用户也需要重新下载安装完整的程序，而使用了动态链接库的程序可以只更新库，实现增量更新。

  3. 有助于节省内存。当我们需要某个扩展时，才将其加载到内存中。

  4. 有助于资源共享。这里讲的资源共享，是指在多个进程中实现共享。

下面我们来实现一个简单的动态链接库 libhelloworld.so 并调用：

#include <stdio.h>
void helloworld()
{
    printf("hello, world! \n");
}

代码很简单，只有一个函数——helloworld，调用这个函数，会输出字符串“hello,world！”。我们将其编译生成动态链接库：

$ gcc -shared -fPIC  -o libhelloworld.so helloworld.c
$ ll
-rw-r--r--1 vagrant vagrant   71 1月  25 14:15 helloworld.c
-rwxr-xr-x 1 vagrant vagrant 7.9K 1月  25 14:30 libhelloworld.so

现在我们显式加载此动态链接库：

#include <stdio.h>
#include <dlfcn.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
    void* handle = dlopen("./libhelloworld.so", RTLD_LAZY);
    char* error = dlerror();
    if(! handle || error)
    {
        printf("load so error! \n");
        return 1;
    }
    void (*func)() = dlsym(handle, "helloworld");
    if(! func)
    {
        printf("load func error! \n");
        dlclose(handle);
        return 1;
    }
    func();
    dlclose(handle);
    return 0;
}

编译、链接此代码生成可执行程序：

$ gcc test.c -L. -lhelloworld -ldl
$ ll
-rwxr-xr-x 1 vagrant vagrant 8.6K 1月  25 14:34 a.out
-rw-r--r--1 vagrant vagrant   71 1月  25 14:15 helloworld.c
-rwxr-xr-x 1 vagrant vagrant 7.9K 1月  25 14:30 libhelloworld.so
-rw-r--r--1 vagrant vagrant  459 1月  25 14:34 test.c
$ ./a.out
Hello, world!

可以看到已成功生成可执行文件 a.out，运行后输出字符串 “hello, world！”。由此可见，动态链接库 libhelloworld.so 中的函数执行成功。

仔细研究下这段代码，会发现它一共使用了 4 个函数来加载动态链接库并执行其中的函数，它们分别是 dlopen、dlerror、dlsym、dlclose，分别用来加载动态链接库、获得相关错误信息、获得函数地址、关闭动态链接库。

PHP 的扩展实现原理和这段代码极其相似，也是用这 4 个函数完成了扩展的加载和函数的调用。当在我们在 PHP 程序中动态通过 dl 函数或通过 php.ini 来动态加载扩展时，PHP 会从 extension_dir 配置项指定的目录加载扩展，这个目录默认为 <install-dir>/lib/php/extensions/<debug-or-not>-<zts-or-not>-ZEND_MODULE_API_NO，如 /usr/local/php/lib/php/extensions/debug-non-zts-20160303 或 /usr/local/php/lib/php/extensions/no-debug-zts-20160303。