快捷導(dǎo)航

淺談并發(fā)處理PHP進(jìn)程間通信之System V IPC

更新時(shí)間：2021年05月26日 11:08:53 作者：枕邊書

對(duì)于進(jìn)程間通信，每一個(gè)完備的語(yǔ)言都應(yīng)該有對(duì)應(yīng)的處理方式，而 PHP 對(duì)應(yīng)的則是一族對(duì) UNIX SYSTEM V包裝的函數(shù)，包括信號(hào)量（semaphore）、共享內(nèi)存（shared memory）和消息隊(duì)列（msg queue）的操作。

前言

它的安裝和使用非常簡(jiǎn)單，在編譯 PHP 時(shí)添加 --enable-sysvsem --enable-sysvshm --enable-sysvmsg 參數(shù)就可以，當(dāng)然 Windows 上無(wú)法使用。

今天我們?nèi)耘f使用上一篇文章的例子來(lái)介紹 PHP 內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的進(jìn)程間通信，在了解它們的具體使用之前，先簡(jiǎn)單介紹一下信號(hào)量、共享內(nèi)存、消息隊(duì)列的概念。

Unix System V IPC

信號(hào)量

信號(hào)量又稱為信號(hào)燈，它是用來(lái)協(xié)調(diào)不同進(jìn)程間的數(shù)據(jù)對(duì)象的，而最主要的應(yīng)用是共享內(nèi)存方式的進(jìn)程間通信。本質(zhì)上，信號(hào)量是一個(gè)計(jì)數(shù)器，它用來(lái)記錄對(duì)某個(gè)資源（如共享內(nèi)存）的存取狀況。

一般說(shuō)來(lái)，為了獲得共享資源，進(jìn)程需要執(zhí)行下列操作：

1.獲取控制共享資源的信號(hào)量的值；

2.若值為正，進(jìn)程將信號(hào)量減1，進(jìn)程操作共享資源，進(jìn)入步驟4；

3.若值0，則拒絕進(jìn)程使用共享資源，進(jìn)程進(jìn)入睡眠狀態(tài)，直至信號(hào)量值大于0后，進(jìn)程被喚醒，轉(zhuǎn)入步驟1；

4.當(dāng)進(jìn)程不再使用共享資源時(shí)，將信號(hào)量值加1。如果此時(shí)有進(jìn)程正在睡眠等待此信號(hào)量，則喚醒此進(jìn)程；

信號(hào)量的使用可以類比為：

一個(gè)房間必須用鑰匙才能開門，有N把鑰匙放在門口，拿到鑰匙開門進(jìn)入房間，出來(lái)時(shí)將鑰匙放回并告知等待的人去取鑰匙開門。此例中，鑰匙的數(shù)量限制了同一時(shí)間內(nèi)在房間的最大人數(shù)。房間即共享資源，鑰匙是信號(hào)量，而想進(jìn)入房間的人則是多個(gè)進(jìn)程。

信號(hào)量有二值和多值之分，一般共享資源都不允許多個(gè)進(jìn)程同時(shí)操作，多使用二值信號(hào)量。

共享內(nèi)存

為了在多個(gè)進(jìn)程間交換信息，內(nèi)核專門留出了一塊內(nèi)存區(qū)，可以由需要訪問(wèn)的進(jìn)程將其映射到自己的私有地址空間。進(jìn)程就可以直接讀寫這一塊內(nèi)存而不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的拷貝，從而大大提高效率。共享內(nèi)存可以比喻成一塊公用黑板，每個(gè)人都能在上面留言，寫東西。

到于共享內(nèi)存，我們一定要關(guān)心其生存周期：System V 共享內(nèi)存區(qū)域?qū)ο笫请S內(nèi)核持續(xù)的，除非顯式刪除共享內(nèi)存區(qū)域?qū)ο?，即使所有訪問(wèn)共享內(nèi)存區(qū)域?qū)ο蟮倪M(jìn)程都已經(jīng)正常結(jié)束，共享內(nèi)存區(qū)域?qū)ο笕匀辉趦?nèi)核中存在，在內(nèi)核重新引導(dǎo)之前，對(duì)該共享內(nèi)存區(qū)域?qū)ο蟮娜魏胃膶懖僮鞫紝⒁恢北Ａ簟?/p>

消息隊(duì)列

消息隊(duì)列是一條公共消息鏈，消息存取一般為先進(jìn)先出（FIFO），能實(shí)現(xiàn)多個(gè)進(jìn)程對(duì)消息的原子操作和異步存取。消息隊(duì)列的應(yīng)用十分廣泛，不光是進(jìn)程間通信，流程異步化、解耦方面也應(yīng)用廣泛。

消息隊(duì)列則相當(dāng)于一條流水線的一段，上層有多個(gè)工人把產(chǎn)品放入，下層有多個(gè)工人將產(chǎn)品取出加工。

本文的實(shí)現(xiàn)不包括消息隊(duì)列的使用，但對(duì)于消息隊(duì)列實(shí)現(xiàn)互斥鎖，這里給出一個(gè)思路：先給消息隊(duì)列初始化一個(gè)值，并發(fā)進(jìn)程競(jìng)爭(zhēng)獲取此值，獲取到值的進(jìn)程進(jìn)行共享資源的處理，進(jìn)程不再共享資源時(shí)，再將此值放入隊(duì)列，通過(guò)隊(duì)列的原子性來(lái)保證同時(shí)只有一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)共享資源。

函數(shù)介紹

ftok

int ftok ( string $pathname, string $proj )

ftok將一個(gè)路徑 pathname 和一個(gè)項(xiàng)目名（必須為一個(gè)字符），轉(zhuǎn)化成一個(gè)整數(shù)形的 System V IPC 鍵，本文介紹的 System V 通信方式都是基于此鍵來(lái)完成的，此ID 值也可以自己指定一個(gè) INT 型來(lái)確定，不必要使用 ftok 獲取；

需要注意的是：ftok 的結(jié)果是通過(guò)文檔的索引節(jié)點(diǎn)號(hào)來(lái)計(jì)算獲取的，而文件的刪除重建會(huì)導(dǎo)致其索引節(jié)點(diǎn)號(hào)變動(dòng)，所以即使是相同的文件名，也可能會(huì)導(dǎo)致獲取到的 IPC 鍵不同，所以需要盡量保證 $pathname 不變動(dòng)；

semaphore函數(shù)

resource sem_get ( int $key [, int $max_acquire = 1 [, int $perm = 0666 [, int $auto_release = 1 ]]] )

獲取或生成一個(gè)信號(hào)量標(biāo)識(shí)，我們注意其 max_acquire 值為 1，即保證同時(shí)只有一個(gè)進(jìn)程能獲取到它；auto_release 為 1 ，保證進(jìn)程在非正常情況退出時(shí)能釋放此信號(hào)量；

bool sem_acquire ( resource $sem_identifier [, bool $nowait = false ] )

bool sem_release ( resource $sem_identifier )

獲取/釋放一個(gè)信號(hào)量，注意獲取信號(hào)量的 $nowait 為false，使進(jìn)程在獲取信號(hào)量失敗后進(jìn)行進(jìn)程等待即可。

shared_memory函數(shù)

resource shm_attach ( int $key [, int $memsize [, int $perm = 0666 ]] )

bool shm_detach ( resource $shm_identifier )

連接/斷開與共享內(nèi)存段的連接 $memsize，以字節(jié) byte 為單位；需要注意，在第一次使用 $key 連接內(nèi)存段創(chuàng)建時(shí)，會(huì)初始化內(nèi)存大小和權(quán)限，后續(xù)再連接時(shí)，這兩個(gè)參數(shù)會(huì)被忽略。

bool shm_put_var ( resource $shm_identifier , int $variable_key , mixed $variable )

mixed shm_get_var ( resource $shm_identifier , int $variable_key )

向共享內(nèi)存內(nèi)寫入或讀取一個(gè)變量，需要注意變量 key 只能是 int 型；

代碼實(shí)現(xiàn)

function getCycleIdFromSystemV($max, $min = 0) {
    $key = ftok('/tmp/cycleIdFromSystemV.tok', 'd');
    $var_key = 0;
    $sem_id = sem_get($key);
    $shm_id = shm_attach($key, 4096);

    if (sem_acquire($sem_id)) {
        $cycle_id = intval(shm_get_var($shm_id, $var_key));
        $cycle_id++;
        if ($cycle_id > $max) {
            $cycle_id = $min;
        }
        shm_put_var($shm_id, $var_key, $cycle_id);

        shm_detach($shm_id);
        sem_release($sem_id);

        return $cycle_id;
    }
    
    return false;
}