PHP 8新特性之JIT簡介

** 本文轉載自博客: https://www.laruence.com/2020/06/27/5963.html

PHP8 alpha1已經在昨天發布，相信關於JIT是大家最關心的，它到底怎么用，有什么要注意的，以及性能提升到底咋樣？

首先，我們來看一張圖:

左圖是PHP8之前的Opcache流程示意圖， 右圖是PHP8中的Opcache示意圖， 可以看出幾個關鍵點:

• Opcache會做opcode層面的優化，比如圖中的倆條opcode合並為一條
• PHP8的JIT目前是在Opcache之中提供的
• JIT在Opcache優化之后的基礎上，結合Runtime的信息再次優化，直接生成機器碼
• JIT不是原來Opcache優化的替代，是增強
• 目前PHP8只支持x86架構的CPU

事實上JIT共用了很多原來Opcache做優化的基礎數據結構，比如data flow graph, call graph, SSA等，關於這部分，后續如果有時間，可以單獨在寫一個文章來介紹，今天就只是着重在使用層面。

下載安裝好以后，除掉原有的opcache配置以外，對於JIT我們需要添加如下配置到php.ini：

opcache.jit=1205
opcache.jit_buffer_size=64M

opcache.jit這個配置看起來稍微有點復雜，我來解釋下, 這個配置由4個獨立的數字組成，從左到右分別是(請注意，這個是基於目前alpha1的版本設置，一些配置可能會隨着后續版本做微調):

是否在生成機器碼點時候使用AVX指令, 需要CPU支持:

• 0: 不使用
• 1: 使用

寄存器分配策略：

• 0: 不使用寄存器分配
• 1: 局部(block)域分配
• 2: 全局(function)域分配

JIT觸發策略:

• 0: PHP腳本載入的時候就JIT
• 1: 當函數第一次被執行時JIT
• 2: 在一次運行后，JIT調用次數最多的百分之(opcache.prof_threshold * 100)的函數
• 3: 當函數/方法執行超過N(N和opcache.jit_hot_func相關)次以后JIT
• 4: 當函數方法的注釋中含有@jit的時候對它進行JIT
• 5: 當一個Trace執行超過N次（和opcache.jit_hot_loop, jit_hot_return等有關)以后JIT

JIT優化策略，數值越大優化力度越大:

• 0: 不JIT
• 1: 做opline之間的跳轉部分的JIT
• 2: 內斂opcode handler調用
• 3: 基於類型推斷做函數級別的JIT
• 4: 基於類型推斷，過程調用圖做函數級別JIT
• 5: 基於類型推斷，過程調用圖做腳本級別的JIT

基於此，我們可以大概得到如下幾個結論：

• 盡量使用12x5型的配置，此時應該是效果最優的
• 對於x， 如果是腳本級別的，推薦使用0， 如果是Web服務型的，可以根據測試結果選擇3或5
• @jit的形式，在有了attributes以后，可能變為< >

現在，我們來測試下啟用和不啟用JIT的時候，Zend/bench.php的差異，首先是不啟用(php -d opcache.jit_buffer_size=0 Zend/bench.php):

simple         0.008
simplecall     0.004
simpleucall    0.004
simpleudcall   0.004
mandel         0.035
mandel2        0.055
ackermann(7)   0.020
ary(50000)     0.004
ary2(50000)    0.003
ary3(2000)     0.048
fibo(30)       0.084
hash1(50000)   0.013
hash2(500)     0.010
heapsort(20000)0.027
matrix(20)     0.026
nestedloop(12) 0.023
sieve(30)      0.013
strcat(200000) 0.006
Total          0.387

根據上面的介紹，我們選擇opcache.jit=1205, 因為bench.php是腳本(php -d opcache.jit_buffer_size=64M -d opcache.jit=1205 Zend/bench.php)：

simple           0.002
simplecall      0.001
simpleucall     0.001
simpleudcall    0.001
mandel         0.010
mandel2        0.011
ackermann(7)    0.010
ary(50000)      0.003
ary2(50000)     0.002
ary3(2000)      0.018
fibo(30)        0.031
hash1(50000)    0.011
hash2(500)      0.008
heapsort(20000) 0.014
matrix(20)      0.015
nestedloop(12)  0.011
sieve(30)       0.005
strcat(200000)  0.004
Total           0.157

可見，對於Zend/bench.php, 相比不開啟JIT，開啟了以后，耗時降低將近60%，性能提升將近2倍。

對於大家研究學習來說，可以通過opcache.jit_debug來觀測JIT后生成的匯編結果，比如對於:

function simple() {
  $a = 0;
  for ($i = 0; $i < 1000000; $i++)
    $a++;
}

我們通過php -d opcache.jit=1205 -dopcache.jit_debug=0x01 可以看到:

JIT$simple: ; (/tmp/1.php)
     sub $0x10, %rsp
     xor %rdx, %rdx
     jmp .L2
.L1:
     add $0x1, %rdx
.L2:
     cmp $0x0, EG(vm_interrupt)
     jnz .L4
     cmp $0xf4240, %rdx
     jl .L1
     mov 0x10(%r14), %rcx
     test %rcx, %rcx
     jz .L3
     mov $0x1, 0x8(%rcx)
.L3:
     mov 0x30(%r14), %rax
     mov %rax, EG(current_execute_data)
     mov 0x28(%r14), %edi
     test $0x9e0000, %edi
     jnz JIT$$leave_function
     mov %r14, EG(vm_stack_top)
     mov 0x30(%r14), %r14
     cmp $0x0, EG(exception)
     mov (%r14), %r15
     jnz JIT$$leave_throw
     add $0x20, %r15
     add $0x10, %rsp
     jmp (%r15)
.L4:
     mov $0x45543818, %r15
     jmp JIT$$interrupt_handler
 

大家可以嘗試閱讀這段匯編，比如其中針對i的遞增，可以看到優化力度很大，比如因為i是局部變量直接分配在寄存器中，i的范圍推斷不會大於1000000，所以不需要判斷是否整數溢出等等。

而如果我們采用opcache.jit=1005, 如前面的介紹，也就是不使用寄存器分配，可以得到如下結果:

JIT$simple: ; (/tmp/1.php)
     sub $0x10, %rsp
     mov $0x0, 0x50(%r14)
     mov $0x4, 0x58(%r14)
     jmp .L2
.L1:
     add $0x1, 0x50(%r14)
.L2:
     cmp $0x0, EG(vm_interrupt)
     jnz .L4
     cmp $0xf4240, 0x50(%r14)
     jl .L1
     mov 0x10(%r14), %rcx
     test %rcx, %rcx
     jz .L3
     mov $0x1, 0x8(%rcx)
.L3:
     mov 0x30(%r14), %rax
     mov %rax, EG(current_execute_data)
     mov 0x28(%r14), %edi
     test $0x9e0000, %edi
     jnz JIT$$leave_function
     mov %r14, EG(vm_stack_top)
     mov 0x30(%r14), %r14
     cmp $0x0, EG(exception)
     mov (%r14), %r15
     jnz JIT$$leave_throw
     add $0x20, %r15
     add $0x10, %rsp
     jmp (%r15)
.L4:
     mov $0x44cdb818, %r15
     jmp JIT$$interrupt_handler

可以看到針對i的部分，現在是在內存操作，並沒有使用寄存器。

再如果我們采用opcache.jit=1201， 我們可以得到如下結果:

JIT$simple: ; (/tmp/1.php)
     sub $0x10, %rsp
     call ZEND_QM_ASSIGN_NOREF_SPEC_CONST_HANDLER
     add $0x40, %r15
     jmp .L2
.L1:
     call ZEND_PRE_INC_LONG_NO_OVERFLOW_SPEC_CV_RETVAL_UNUSED_HANDLER
     cmp $0x0, EG(exception)
     jnz JIT$$exception_handler
.L2:
     cmp $0x0, EG(vm_interrupt)
     jnz JIT$$interrupt_handler
     call ZEND_IS_SMALLER_LONG_SPEC_TMPVARCV_CONST_JMPNZ_HANDLER
     cmp $0x0, EG(exception)
     jnz JIT$$exception_handler
     cmp $0x452a0858, %r15d
     jnz .L1
     add $0x10, %rsp
     jmp ZEND_RETURN_SPEC_CONST_LABEL

這就只是簡單的內斂部分opcode handler的調用了。

你也可以嘗試各種opcache.jit的策略結合debug的配置，來觀測結果的不同，也可以嘗試各種opcache.jit_debug的配置，比如0xff，將會有更多的輔助信息輸出。