PHP 8 新特性之 JIT 简介

PHP8 alpha1已经在昨天发布，相信关于JIT是大家最关心的，它到底怎么用，有什么要注意的，以及性能提升到底咋样？

首先，我们来看一张图:

左图是PHP8之前的Opcache流程示意图，右图是PHP8中的Opcache示意图，可以看出几个关键点:

Opcache会做opcode层面的优化，比如图中的俩条opcode合并为一条
PHP8的JIT目前是在Opcache之中提供的
JIT在Opcache优化之后的基础上，结合Runtime的信息再次优化，直接生成机器码
JIT不是原来Opcache优化的替代，是增强
目前PHP8只支持x86架构的CPU

事实上JIT共用了很多原来Opcache做优化的基础数据结构，比如data flow graph, call graph, SSA等，关于这部分，后续如果有时间，可以单独在写一个文章来介绍，今天就只是着重在使用层面。

下载安装好以后，除掉原有的opcache配置以外，对于JIT我们需要添加如下配置到php.ini：

1.  opcache.jit=1205
2.  opcache.jit_buffer_size=64M

opcache.jit这个配置看起来稍微有点复杂，我来解释下, 这个配置由4个独立的数字组成，从左到右分别是(请注意，这个是基于目前alpha1的版本设置，一些配置可能会随着后续版本做微调):

是否在生成机器码点时候使用AVX指令, 需要CPU支持:
```
1.  0: 不使用
2.  1: 使用
```

寄存器分配策略：

1.  0: 不使用寄存器分配
2.  1: 局部(block)域分配
3.  2: 全局(function)域分配

JIT触发策略:

1.  0: PHP脚本载入的时候就JIT
2.  1: 当函数第一次被执行时JIT
3.  2: 在一次运行后，JIT调用次数最多的百分之(opcache.prof_threshold * 100)的函数
4.  3: 当函数/方法执行超过N(N和opcache.jit_hot_func相关)次以后JIT
5.  4: 当函数方法的注释中含有@jit的时候对它进行JIT
6.  5: 当一个Trace执行超过N次（和opcache.jit_hot_loop, jit_hot_return等有关)以后JIT

JIT优化策略，数值越大优化力度越大:

1.  0: 不JIT
2.  1: 做opline之间的跳转部分的JIT
3.  2: 内敛opcode handler调用
4.  3: 基于类型推断做函数级别的JIT
5.  4: 基于类型推断，过程调用图做函数级别JIT
6.  5: 基于类型推断，过程调用图做脚本级别的JIT

基于此，我们可以大概得到如下几个结论：

尽量使用12x5型的配置，此时应该是效果最优的
对于x，如果是脚本级别的，推荐使用0，如果是Web服务型的，可以根据测试结果选择3或5
@jit的形式，在有了attributes以后，可能变为<>

现在，我们来测试下启用和不启用JIT的时候，Zend/bench.php的差异，首先是不启用(php -d opcache.jit_buffer_size=0 Zend/bench.php):

1.  simple             0.008
2.  simplecall         0.004
3.  simpleucall        0.004
4.  simpleudcall       0.004
5.  mandel             0.035
6.  mandel2            0.055
7.  ackermann(7)       0.020
8.  ary(50000)         0.004
9.  ary2(50000)        0.003
10. ary3(2000)         0.048
11. fibo(30)           0.084
12. hash1(50000)       0.013
13. hash2(500)         0.010
14. heapsort(20000)    0.027
15. matrix(20)         0.026
16. nestedloop(12)     0.023
17. sieve(30)          0.013
18. strcat(200000)     0.006
19. ------------------------
20. Total              0.387

根据上面的介绍，我们选择opcache.jit=1205, 因为bench.php是脚本(php -d opcache.jit_buffer_size=64M -d opcache.jit=1205 Zend/bench.php)：

1.  simple             0.002
2.  simplecall         0.001
3.  simpleucall        0.001
4.  simpleudcall       0.001
5.  mandel             0.010
6.  mandel2            0.011
7.  ackermann(7)       0.010
8.  ary(50000)         0.003
9.  ary2(50000)        0.002
10. ary3(2000)         0.018
11. fibo(30)           0.031
12. hash1(50000)       0.011
13. hash2(500)         0.008
14. heapsort(20000)    0.014
15. matrix(20)         0.015
16. nestedloop(12)     0.011
17. sieve(30)          0.005
18. strcat(200000)     0.004
19. ------------------------
20. Total              0.157

可见，对于Zend/bench.php, 相比不开启JIT，开启了以后，耗时降低将近60%，性能提升将近2倍。

对于大家研究学习来说，可以通过opcache.jit_debug来观测JIT后生成的汇编结果，比如对于:

1.  function simple() {
2.  $a = 0;
3.  for ($i = 0; $i < 1000000; $i++)
4.  $a++;
5.  }

我们通过php -d opcache.jit=1205 -dopcache.jit_debug=0x01 可以看到:

1.  JIT$simple: ; (/tmp/1.php)
2.  sub $0x10, %rsp
3.  xor %rdx, %rdx
4.  jmp .L2
5.  .L1:
6.  add $0x1, %rdx
7.  .L2:
8.  cmp $0x0, EG(vm_interrupt)
9.  jnz .L4
10. cmp $0xf4240, %rdx
11. jl .L1
12. mov 0x10(%r14), %rcx
13. test %rcx, %rcx
14. jz .L3
15. mov $0x1, 0x8(%rcx)
16. .L3:
17. mov 0x30(%r14), %rax
18. mov %rax, EG(current_execute_data)
19. mov 0x28(%r14), %edi
20. test $0x9e0000, %edi
21. jnz JIT$$leave_function
22. mov %r14, EG(vm_stack_top)
23. mov 0x30(%r14), %r14
24. cmp $0x0, EG(exception)
25. mov (%r14), %r15
26. jnz JIT$$leave_throw
27. add $0x20, %r15
28. add $0x10, %rsp
29. jmp (%r15)
30. .L4:
31. mov $0x45543818, %r15
32. jmp JIT$$interrupt_handler

大家可以尝试阅读这段汇编，比如其中针对i的递增，可以看到优化力度很大，比如因为i是局部变量直接分配在寄存器中，i的范围推断不会大于1000000，所以不需要判断是否整数溢出等等。

而如果我们采用opcache.jit=1005, 如前面的介绍，也就是不使用寄存器分配，可以得到如下结果:

1.  JIT$simple: ; (/tmp/1.php)
2.  sub $0x10, %rsp
3.  mov $0x0, 0x50(%r14)
4.  mov $0x4, 0x58(%r14)
5.  jmp .L2
6.  .L1:
7.  add $0x1, 0x50(%r14)
8.  .L2:
9.  cmp $0x0, EG(vm_interrupt)
10. jnz .L4
11. cmp $0xf4240, 0x50(%r14)
12. jl .L1
13. mov 0x10(%r14), %rcx
14. test %rcx, %rcx
15. jz .L3
16. mov $0x1, 0x8(%rcx)
17. .L3:
18. mov 0x30(%r14), %rax
19. mov %rax, EG(current_execute_data)
20. mov 0x28(%r14), %edi
21. test $0x9e0000, %edi
22. jnz JIT$$leave_function
23. mov %r14, EG(vm_stack_top)
24. mov 0x30(%r14), %r14
25. cmp $0x0, EG(exception)
26. mov (%r14), %r15
27. jnz JIT$$leave_throw
28. add $0x20, %r15
29. add $0x10, %rsp
30. jmp (%r15)
31. .L4:
32. mov $0x44cdb818, %r15
33. jmp JIT$$interrupt_handler

可以看到针对i的部分，现在是在内存操作，并没有使用寄存器。

再如果我们采用opcache.jit=1201，我们可以得到如下结果:

1.  JIT$simple: ; (/tmp/1.php)
2.  sub $0x10, %rsp
3.  call ZEND_QM_ASSIGN_NOREF_SPEC_CONST_HANDLER
4.  add $0x40, %r15
5.  jmp .L2
6.  .L1:
7.  call ZEND_PRE_INC_LONG_NO_OVERFLOW_SPEC_CV_RETVAL_UNUSED_HANDLER
8.  cmp $0x0, EG(exception)
9.  jnz JIT$$exception_handler
10. .L2:
11. cmp $0x0, EG(vm_interrupt)
12. jnz JIT$$interrupt_handler
13. call ZEND_IS_SMALLER_LONG_SPEC_TMPVARCV_CONST_JMPNZ_HANDLER
14. cmp $0x0, EG(exception)
15. jnz JIT$$exception_handler
16. cmp $0x452a0858, %r15d
17. jnz .L1
18. add $0x10, %rsp
19. jmp ZEND_RETURN_SPEC_CONST_LABEL