PHP 8 JIT 汇编分析：利用 Opcache 查看器反汇编机器码的优化逻辑追踪
大家好，今天我们深入探讨 PHP 8 的 JIT (Just-In-Time) 编译器的汇编代码，并学习如何使用 Opcache 查看器来追踪 JIT 编译后的机器码，从而理解其优化逻辑。这将帮助我们更深入地理解 PHP 代码是如何被执行的，以及如何编写更高效的代码。
1. JIT 编译器的基本概念
JIT 编译器是一种在运行时将字节码（中间代码）编译成机器码的编译器。与解释器直接执行字节码不同，JIT 编译器可以将热点代码（经常执行的代码）编译成机器码，从而显著提高性能。
PHP 8 引入了 JIT 编译器，它将 PHP 脚本编译成机器码，并缓存起来以便后续使用。这意味着对于重复执行的代码，例如循环或函数，JIT 编译器只需要编译一次，后续执行将直接使用缓存的机器码，从而提高性能。
PHP 8 的 JIT 编译器有两种模式：
- Tracing JIT: 侧重于追踪热点代码路径，并针对这些路径进行优化。
- Function JIT: 侧重于将整个函数编译成机器码。
2. Opcache 查看器简介
Opcache 是 PHP 的一个扩展，用于缓存编译后的 PHP 脚本字节码。除了缓存字节码，Opcache 还可以缓存 JIT 编译后的机器码。
Opcache 查看器（也称为 Opcache GUI）是一个用于查看 Opcache 状态和内容的工具。它可以显示缓存的脚本、字节码、JIT 编译后的机器码等信息。
使用 Opcache 查看器，我们可以：
- 查看哪些脚本被缓存。
- 查看脚本的字节码。
- 查看 JIT 编译后的机器码。
- 分析 JIT 编译器的优化逻辑。
3. 环境搭建与配置
首先，确保你的 PHP 版本是 8 或更高，并且已经启用了 Opcache 扩展。可以通过 php -v 命令查看 PHP 版本，通过 php -m | grep opcache 命令检查 Opcache 是否已启用。
如果 Opcache 未启用，需要在 php.ini 文件中启用它。通常，你需要取消注释以下行：
zend_extension=opcache
opcache.enable=1接下来，你需要安装 Opcache 查看器。有很多 Opcache 查看器可供选择，例如：
- amnuts/opcache-gui: 一个流行的开源 Opcache 查看器。
- Neoxygen/NeoOpcache: 另一个开源 Opcache 查看器。
以 amnuts/opcache-gui 为例，你可以使用 Composer 安装它：
composer require amnuts/opcache-gui安装完成后，将 opcache.php 文件复制到你的 Web 服务器的根目录下，并在浏览器中访问它。
此外，为了更好地分析 JIT 编译后的机器码，建议安装一个反汇编工具，例如：
- objdump (GNU Binutils): 一个常用的反汇编工具，适用于 Linux 和 macOS。
- IDA Pro: 一个强大的反汇编和调试工具，适用于 Windows、Linux 和 macOS。
- Ghidra: NSA 开源的反汇编和逆向工程工具。
4. 利用 Opcache 查看器反汇编机器码
现在，我们来演示如何利用 Opcache 查看器反汇编机器码。
步骤 1：编写一个简单的 PHP 脚本
创建一个名为 jit_test.php 的文件，包含以下代码：
<?php
function add(int $a, int $b): int {
return $a + $b;
}
$sum = 0;
for ($i = 0; $i < 10000; $i++) {
$sum += add(1, 2);
}
echo "Sum: " . $sum . PHP_EOL;
?>这个脚本定义了一个 add 函数，并在一个循环中多次调用它。这个循环将成为 JIT 编译器的优化目标。
步骤 2：运行脚本
运行 jit_test.php 脚本：
php jit_test.php这将执行脚本，并触发 JIT 编译器对 add 函数进行编译。
步骤 3：使用 Opcache 查看器
打开你的 Opcache 查看器，找到 jit_test.php 脚本。在查看器中，你应该能够看到脚本的详细信息，包括是否已被 JIT 编译。
步骤 4：获取机器码
Opcache 查看器通常会提供一个选项来查看 JIT 编译后的机器码。点击该选项，你将看到类似于以下的汇编代码：
; Function add (jit_test.php:3)
; Liveness:
; - $a: live in entry, live out
; - $b: live in entry, live out
; - return: live out
; Opcodes:
; 0000: ADD $a, $b
; 0001: RETURN $a
; Machine Code:
; x86-64 assembly
push rbp
mov rbp, rsp
mov rax, rdi
add rax, rsi
pop rbp
ret这段汇编代码显示了 add 函数的 JIT 编译后的机器码。
解释汇编代码：
push rbp: 将基址指针rbp压入栈中，保存当前函数的栈帧。mov rbp, rsp: 将栈指针rsp赋值给基址指针rbp，创建一个新的栈帧。mov rax, rdi: 将第一个参数$a(存储在rdi寄存器中) 移动到累加寄存器rax中。add rax, rsi: 将第二个参数$b(存储在rsi寄存器中) 加到累加寄存器rax中。pop rbp: 将之前保存的基址指针rbp从栈中弹出，恢复之前的栈帧。ret: 返回，将rax寄存器中的值作为返回值。
这段汇编代码非常简洁高效，直接将两个参数相加，并将结果作为返回值。
5. 分析 JIT 编译器的优化逻辑
通过查看 JIT 编译后的机器码，我们可以分析 JIT 编译器的优化逻辑。
示例 1：常量折叠
如果我们将 add 函数改为以下形式：
<?php
function add(int $a, int $b): int {
return $a + $b + 10;
}
$sum = 0;
for ($i = 0; $i < 10000; $i++) {
$sum += add(1, 2);
}
echo "Sum: " . $sum . PHP_EOL;
?>JIT 编译器可能会将 1 + 2 + 10 折叠成常量 13，从而避免在运行时进行加法运算。查看机器码，你可能会看到类似以下的指令：
mov rax, 13 ; 直接将常量 13 赋值给 rax
ret示例 2：循环展开
对于一些简单的循环，JIT 编译器可能会进行循环展开，从而减少循环的迭代次数。
示例 3：内联函数
如果 add 函数非常简单，JIT 编译器可能会将其内联到循环中，从而避免函数调用的开销。
表格：常见 JIT 优化技术
| 优化技术 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
| 常量折叠 | 在编译时计算常量表达式的值，避免在运行时进行计算。 | 1 + 2 -> 3 |
| 循环展开 | 减少循环的迭代次数，提高性能。 | 将一个循环展开成多个相同的循环体。 |
| 内联函数 | 将函数调用替换为函数体本身，避免函数调用的开销。 | 将 add(1, 2) 替换为 1 + 2。 |
| 死代码消除 | 移除永远不会被执行的代码。 | 如果一个变量的值永远不会被使用，则移除该变量的赋值语句。 |
| 公共子表达式消除 | 识别并消除重复的子表达式，减少计算次数。 | a * b + c + a * b -> tmp = a * b; tmp + c + tmp |
| 寄存器分配 | 将变量分配到寄存器中，避免内存访问。 | 将常用的变量存储在寄存器中，而不是在内存中。 |
6. 深入分析：追踪优化逻辑
为了更深入地分析 JIT 编译器的优化逻辑，我们可以使用一些调试技巧：
- xdebug: 使用 xdebug 可以设置断点，单步执行 PHP 代码，并查看变量的值。
- perf (Linux): 使用 perf 可以分析程序的性能瓶颈，并查看 JIT 编译器的编译信息。
- Vtune Amplifier (Intel): 使用 Vtune Amplifier 可以进行性能分析，并查看 JIT 编译器的编译信息。
通过这些工具，我们可以追踪 JIT 编译器是如何编译代码的，以及它应用了哪些优化。
示例：使用 perf 分析 JIT 编译信息
在 Linux 系统上，可以使用 perf 命令来分析 JIT 编译信息。
首先，使用以下命令运行 PHP 脚本：
perf record -e jit:function php jit_test.php这将记录 JIT 编译器的编译信息。
然后，使用以下命令生成报告：
perf report -g -n --stdio该报告将显示 JIT 编译器编译的函数，以及它们的编译时间。通过分析该报告，我们可以了解哪些函数被 JIT 编译器编译，以及它们的编译性能。
7. 编写可被 JIT 优化的代码
了解 JIT 编译器的优化逻辑后，我们可以编写更易于被 JIT 优化的代码。
建议：
- 避免动态代码： 尽量避免使用
eval()、create_function()等动态代码，因为它们难以被 JIT 编译器优化。 - 使用类型声明： 使用类型声明可以帮助 JIT 编译器进行类型推断，从而提高性能。
- 编写简洁的代码： 编写简洁的代码可以更容易被 JIT 编译器优化。
- 避免全局变量： 尽量避免使用全局变量，因为它们可能会导致性能问题。
- 使用内置函数： 尽可能使用 PHP 的内置函数，因为它们通常经过了优化。
示例：优化后的代码
以下代码是 jit_test.php 脚本的优化版本：
<?php
declare(strict_types=1); // 强制类型声明
function add(int $a, int $b): int {
return $a + $b;
}
$sum = 0;
$limit = 10000; // 使用局部变量
for ($i = 0; $i < $limit; $i++) {
$sum += add(1, 2);
}
echo "Sum: " . $sum . PHP_EOL;
?>在这个版本中，我们：
- 使用了
declare(strict_types=1)来强制类型声明。 - 将循环次数存储在局部变量
$limit中。
这些修改可以帮助 JIT 编译器更好地优化代码。
8. 总结与展望
通过今天的分享，我们学习了如何使用 Opcache 查看器来反汇编 PHP 8 的 JIT 编译后的机器码，并分析 JIT 编译器的优化逻辑。这有助于我们更好地理解 PHP 代码的执行过程，并编写更高效的代码。
未来的研究方向包括：
- 更深入地研究 JIT 编译器的优化技术。
- 开发更强大的 Opcache 查看器，提供更多的调试功能。
- 探索如何利用 JIT 编译器来优化 PHP 框架和应用。
希望今天的分享对大家有所帮助。谢谢！
知识的运用与提升方向
理解 JIT 编译优化能够帮助开发者编写出更高效的 PHP 代码，也为理解其他 JIT 编译语言的底层实现打下基础。深入研究 JIT 编译器的工作原理可以提升程序员对性能优化的理解，并能更好地解决实际项目中的性能瓶颈问题。