1. 问题的由来    

   PHP作为流行的服务器端脚本语言，广泛地用于各种服务器前端及应用的开发。虽然PHP作为脚本语言，天然具有良好的入门简单、容错性强、性能较高(在脚本语言中)的特点，但是，由于其多进程的执行模式，和前端Web系统通常采用多机器并行的运行模式，导致在线上出现的某些和特定用户相关的问题时，很难收集全面的信息。

• 多进程+多机器+用户请求随机分发，导致不知道某个用户的请求会在哪台机器的哪个进程执行；

• 如果在所有机器和进程都加入调试语句，会导致大量的无关日志输出，或可能影响无关的用户；

• 由于同一用户的两个请求是被随机分散的，导致难以获取具体某个用户出错时的点击流；

• 在大型系统中，由于组件多，关联复杂，不容易直接定位问题源头出自哪个模块以增加输出信息；

• 通过输出日志等方式，往往需要多次尝试后才能逐步逼近问题的源头，对提高查错速度不利；

• 这种即时在线上增加调试或者写日志的代码，可能引入意外的bug，带来额外风险。

   另外，作为一种轻便的快速开发脚本，加上现在流行的敏捷等快速开发模式，不管它们吹嘘得如何天花乱坠，对于测试的完备性、代码的健壮性，其实质效果是大大降低的。所以，在上线后发现问题再快速打补丁或者快速迭代，是业内一种常见的模式。而在这个环节中，快速定位问题是打补丁或者后续迭代的前提。

   于是，针对这种情况，我们开发了witness系统(witness－－证人，它的证词可以帮助我们还原“犯罪”现场)。该系统能让我们在处理上述问题时，更简便，更有效率，更全面的得到所有相关数据，从而加快分析问题和处理问题的过程。

   witness系统的主要特点如下：

• 非嵌入式监控，无需修改运行的PHP代码

• 可以通过cookie监控特定的请求

• 轻量级，灵活度高

• 高性能

   项目已开源：https://github.com/ucweb/witness

2. 系统架构    

   PHP分析调试系统主要分为三部分：witness扩展、数据传输，数据展示。

   总体架构如下图：

   

   

2.1. witness扩展    

   witness扩展主要的功能是嵌入PHP引擎底层，监控和收集一切可用的信息，并通过数据传输系统，反馈到后端，以便于分析处理这些数据。

   witness扩展目前可以有两种监控模式，如下表：

方式	功能	备注
trace	记录从开始到结束期间，所有函数调用的次序，以及这些调用参数、返回值等。同时也会记录当前一些关键的环境参数和请求参数。	适用于监控整个逻辑处理流程
dump	记录当前的调用栈的静态信息，包括每层函数执行的当前行号、每层调用的参数、局部变量，全局变量、静态变量等	适用于监控当前某个点的整体状态

   简单的对这两种模式做个对比：trace模式就好比拍视频，dump模式就相当于拍照片－－视频能展现连续变化，而照片则会保留更多细节，清晰度也更高。

2.2. 数据传输    

   主要功能有三点：

• 收集本地各进程的witness扩展传出的信息，并整理成独立的数据文件；

• 收集位于各台机器上的数据文件，汇总到MQ中；

• 从MQ上获取相关的数据导入到后端的展示系统中。

2.3. 数据展示    

   由于witness后端的数据采用SQLite存储文件，所以它并不适合直接阅读和分析(可以通过SQLite的cli接口可以直接阅读这些db文件，但是很不直观)。因此，一般情况下都建议使用脚本，将其中信息提取加工后，进行可视化展示。

   目前我们附带有基于本地源代码展开的示例脚本，位于：

scripts/genhtml.php

   如果现有项目有自己的控制平台，可以根据实际情况，将其根据实际情况和需求，做具体的适配。

3. 使用witness    

3.1. 系统依赖    

   以下是witness扩展的一些依赖和限制，包括目前已经测试通过并上线运行的配置：

项目	依赖	已测试
操作系统	仅支持linux兼容系统，不支持Windows系统	RHEL 5.4
内核	2.6或以上	2.6.18-164.el5
位宽	x86/x86_64/amd64    一般而言不推荐x86，因为可能会遇到内存瓶颈	x86_64
gcc	gcc 4.1.2或以上	gcc version 4.1.2 20080704    Red Hat 4.1.2-48
PHP	5.3.X或以上(参见注意事项)	5.3.4/5.3.8
SQLite	3.3.6或以上	SQLite version 3.3.6

   注意：目前，我们并未在PHP的5.4.X或5.5.X版本上测试过witness扩展。因为witness扩展直接从Zend引擎获取信息，因此，当PHP内核出现较大的优化和修改时(一般表现为大版本的升级)，无法确保兼容性。

   如有需要在5.4.X或5.5.X版本上使用witness扩展的朋友，请确保经过测试并且一切正常。如果可能的话，无论是否测试通过，都欢迎向我们反馈信息，我们都将第一时间跟进，并及时更新兼容版本情况。

3.2. 安装    

   witness扩展以基本的PHP扩展安装方式进行：

$ cd witness/witness && phpize && ./configure && make clean && make && make install

   安装完成后，需要修改php.ini：

$ echo "extension=witness.so" >> php.ini

   最后，用以下命令检查安装是否成功：

$ php -m | grep witness    witness

3.3. 配置witness扩展    

   witness扩展提供了多项配置以控制其行为，在php.ini中增加或修改以下的项：

[witness]    ; 最大监控的调用栈深度，如果超出此深度，会停止监控行为(并报错)    ; 此限制的目的是防止代码中出现无限递归，一般情况下不会有那么深的调用    ; 如果确实有需要，可以调大此值，会增加少许内存消耗    witness.max_stack = 16384    ; 是否记录内置函数的行为(包括PHP的require/include等和各种扩展提供的函数等)    ; 一般情况下不建议打开，因为这些数据会很多，而且往往对排除故障没有什么帮助    witness.record_internal = false    ; 自动启动监控的cookie项    ; 如果在某个请求的cookie中找到此项所配置的名字，则会自动启动监控    ; 而该项对应的值中按照格式解析出的token会作为这次请求的标识(具体见后文)    ; 如果此项留空，则不启用自动监控功能    witness.auto_start_token = ""    ; 结果上传的URL    ; 结果以文件的方式，通过HTTP POST上传到服务器中    ; 该服务器可能是HTTP文件服务器，也可能是MQ等服务器    ; 有效的url配置类似于：http://127.0.0.1:1218/?name=witness_$token$&opt=put    ; 特别的，此url中$token$串会被实际的token值替换    ; 如果此项留空，则表示不需要进行上传操作    witness.post_url = ""    ; 临时文件夹路径    ; 如果数据文件根据post_url配置，成功的上传到服务器中，则会删除相关的临时文件    ; 如果post_url项为空，临时数据文件会保留在该路径中    witness.temp_path = "/dev/shm"    ; 如果开启了上传操作，并且上传失败，是否保留记录数据在临时文件夹    witness.keep_record = false    ; 是否开启dump功能    witness.enable_dump = false    ; 是否开启assert功能    witness.enable_assert = false

   以上各项中红色部分为其默认值，如果不提供该项，则会以该值处理。

3.4. 使用trace模式监控    

3.4.1. cookie格式    

   如上一节所述：

; 自动启动监控的cookie项    ; 如果在某个请求的cookie中找到此项所配置的名字，则会自动启动监控    ; 而该项对应的值中按照格式解析出的token会作为这次请求的标识(具体见后文)    ; 如果此项留空，则不启用自动监控功能    witness.auto_start_token = ""

   例如当前的auto_start_token配置信息如下：

witness.auto_start_token = "my_token"

   则如果某HTTP请求携带了以下的cookie，会自动启动监控：

my_token=10:my_project

   其中的字段及内容如下：

内容	功能	备注
my_token	即为auto_start_token的值。
10	ttl，每一次成功启动监控，会把此ttl值减一后设置给浏览器，当ttl为0时会删除此整条cookie。	可以通过ttl，控制对每个用户的监控次数
my_project	自定义的token名

3.4.2. 启动方式    

   witness扩展启动trace模式监控的方法有两种：

• 根据请求中检查是否带有特定的cookie信息，如是，则启动监控

• 调用witness_start接口手动启动监控

   witness扩展结束监控的方式也有两种：

• 在一次请求处理结束后会自动停止监控

• 调用witness_stop接口手动停止监控

   trace模式监控手动接口信息如下：

接口	功能	参数/返回值	作用
witness_set_token	设置默认的token	token	新的token默认值，在有需要token而又没提供token的时候以此值覆盖。    如果之前已设有默认值，则以此值覆盖。
witness_start	手动启动监控	token(可选)	此次dump的token    如不提供，则使用set_token设置的默认值
		true/false	返回值。如果成功启动，则为true。如果之前已经启动，则无操作，返回成功。
witness_stop	手动停止监控	true/false	返回值。如果当前并无启动监控，则无操作，返回失败。

   无论以何种方式，在witness扩展启动监控时，都会带有一个token标识。这个token标识会带入展示系统中，作为区分不同的监控项目的标志。

   在系统运行时，除非监控被启动，否则witness扩展都不会进行任何操作，也不会对运行造成任何影响。当监控启动后，witness扩展在后台记录所有的运行状态和信息，不会对前台代码造成任何影响－－包括性能和运行速度，实际测试中，开启监控的请求，其运行性能下降不到5%。

3.5. 使用dump操作    

   如果我们希望使用witness来记录程序执行中某个时刻的所有信息及状态，可以使用dump操作。Dump操作无法自动启动，必须在代码中手动调用witness_dump或者witness_assert接口来启动。

   其中：

接口	功能	参数/返回值	作用
witness_dump	无条件启动dump操作	token(可选)	此次dump的token    如不提供，则使用set_token设置的默认值
		true/false	返回值。如果成功dump，则true
witness_assert	有条件启动dump操作	expression	布尔值的条件表达式。    如果表达式为false，则启动dump操作
		token(可选)	此次dump的token    如不提供，则使用set_token设置的默认值
		true/false	返回值。为传入的expression的值。

   witness_dump和witness_assert都在配置中提供了单独的开关，当开关关闭(false)时，调用对应的接口不会启动dump操作，也不会报错－－witness_assert会按正常方式返回expression的值。这有助于在开发、测试、线上使用同一份代码的前提下，区别线上运行环境和本地测试环境，并减少(删代码或屏蔽代码)带来不必要的麻烦－－推荐线上关闭这两个开关，测试环境打开。

   dump操作不会对请求的执行产生持续性的性能损耗，仅会在每次启动时产生极轻微的性能干扰(消耗时间小于1ms)。但是，如果同时出现大量的dump操作，可能会导致操作系统的CPU和内存出现资源紧张，故同样不宜滥用。

3.6. 本地展示    

   项目内带有本地展示脚本，可以把生成的数据文件通过代码，直观的转换为嵌入源码的页面，方便调试。

3.6.1. 生成页面    

   通过本地展示脚本生成页面的方式如下：

$ php genhtml.php    Usage: php genhtml [记录文件全路径] [生成的html路径]

   生成的html文件的结构大致如下：

$ tree -L 1    .    |- glass.png    |- index.html            //首页    |- src                    //代码页面    |- var                    //变量页面    `- witness.css

   注意，运行该脚本的机器中，源码路径及结构必须和收集该信息的机器一致(绝对路径)。

3.6.2. 示例    

   以下URL就是example目录下的展示脚本转换出来的结果：http://ucweb.github.io/witness_report/

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