常見進程通信方式

一些理論基礎(chǔ)

• 臨界資源：每次僅允許一個進程訪問的資源。
• 臨界區(qū)：每個進程中訪問臨界資源的那段代碼叫臨界區(qū)

所謂臨界區(qū)（也稱為臨界段）就是訪問和操作共享數(shù)據(jù)的代碼段。

進程互斥：兩個或以上的進程不能同時進入關(guān)于同一組共享變量的臨界區(qū)域，即一個進程正在訪問臨界資源，另一個進程要想訪問必須等待。

進程同步：主要研究如何確定數(shù)個進程之間的執(zhí)行順序和避免數(shù)據(jù)競爭的問題 即，如何讓多個進程能一塊很好的協(xié)作運行

所謂同步，就是并發(fā)進程/線程在一些關(guān)鍵點上可能需要互相等待與互通消息，這種相互制約的等待與互通信息稱為進程/線程同步。

舉個生活的同步例子，你肚子餓了想要吃飯，你叫媽媽早點做菜，媽媽聽到后就開始做菜，但是在媽媽沒有做完飯之前，你必須阻塞等待，等媽媽做完飯后，自然會通知你，接著你吃飯的事情就可以進行了。

注意，同步與互斥是兩種不同的概念：

同步就好比：「操作 A 應(yīng)在操作 B 之前執(zhí)行」，「操作 C 必須在操作 A 和操作 B 都完成之后才能執(zhí)行」等；

互斥就好比：「操作 A 和操作 B 不能在同一時刻執(zhí)行」；

system V 信號量

信號量用途：主要用于多進程或多線程對公共資源對象的訪問控制。 用來解決多進程（多線程同步的問題），類似于一把鎖，訪問前獲取鎖（獲取不到則等待），訪問后釋放鎖。

多進程/多線程一般是并發(fā)執(zhí)行，如果對公共資源訪問沒有做同步處理，很容易造成數(shù)據(jù)破壞

信號量其實是一個整型的計數(shù)器，主要用于實現(xiàn)進程間的互斥與同步，而不是用于緩存進程間通信的數(shù)據(jù)。

信號量表示資源的數(shù)量，控制信號量的方式有兩種原子操作：

一個是 P 操作，這個操作會把信號量減去 -1，相減后如果信號量 < 0，則表明資源已被占用，進程需阻塞等待；相減后如果信號量 >= 0，則表明還有資源可使用，進程可正常繼續(xù)執(zhí)行。

另一個是 V 操作，這個操作會把信號量加上 1，相加后如果信號量 <= 0，則表明當(dāng)前有阻塞中的進程，于是會將該進程喚醒運行；相加后如果信號量 > 0，則表明當(dāng)前沒有阻塞中的進程；

P 操作是用在進入共享資源之前，V 操作是用在離開共享資源之后，這兩個操作是必須成對出現(xiàn)的。

舉個類比，2 個資源的信號量，相當(dāng)于 2 條火車軌道，PV 操作如下圖過程：

一輛火車進入軌道，相當(dāng)于信號量的P操作，資源-1，這樣就剩下一條軌道

接著又一輛火車占用另一條軌道，也就是P操作，資源-1

此時交通信號燈變?yōu)榧t色，因為沒有軌道可用，第三輛火車必須等待

第一輛火車離開軌道，相當(dāng)于V操作，此時軌道資源為1，交通燈變?yōu)榫G燈

第三輛火車發(fā)現(xiàn)交通信號燈變綠，于是進入火車軌道，軌道資源耗盡為0，于是交通信號燈變?yōu)榧t燈

在這個火車軌道系統(tǒng)中，軌道是公共資源，每輛火車好比一個線程，交通信號燈起的就是信號量的作用。信號量可以實現(xiàn)鎖的互斥操作，也可以實現(xiàn)進程/線程同步

信號量類型

1）二進制信號量（也叫二值信號量）

此時信號量的初值只能是0和1。（二進制信號量可以實現(xiàn)互斥鎖操作）

2）一般/計數(shù)信號量

此時信號量的初值可以是任意非負(fù)數(shù)。顯然，其包含二進制信號量。上面舉的火車軌道例子就可以使用計數(shù)信號量來實現(xiàn)，一般計數(shù)信號量與鎖的區(qū)別是它可以允許多個線程/進程（線程的數(shù)量由計數(shù)信號量初值定義） 同時操作公共資源

一般只有在開發(fā)多進程的時候才可能遇到需要使用信號量的場景，phper 幾乎很少有使用信號量的場景，就算有多進程對公共資源操作，大多也是使用 flock 文件鎖做互斥操作

php模擬多進程操作公共資源

<?php
$file = "num.txt";//定一個空文件
$count =0;
file_put_contents($file,$count);

$pid = pcntl_fork();//fork 一個進程

if($pid == 0){//子進程執(zhí)行邏輯
    $x = (int)file_get_contents($file);//讀取文件內(nèi)容
    //i 循環(huán)累加
    for($i=0; $i<1000; $i++){
        $x = $x + 1;
    }
    //寫入文件
    file_put_contents($file,$x);
    //子進程退出
    exit(0);
}
//父進程執(zhí)行邏輯
$x = (int)file_get_contents($file);
for($i=0; $i<1000; $i++){
    $x = $x+1;
}
//累加寫入
file_put_contents($file,$x);

在編寫一個shell 腳本輔助

#!/bin/bash
for a in {1..1000}
do
    (php demo1.php)
    b=`cat num.txt`
    if [ $b != 2000 ]
    then
        echo -e "錯誤$b"
    fi
done

按理來說，變量 $x 最后寫入文件的值應(yīng)該是2000，但很不幸，并不是如此，我們對上面的腳本執(zhí)行一下：

運行了1000次，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了變量$x值結(jié)果是 1000 的有8次，雖然發(fā)生錯誤的概率比較小，但是在計算機里是不能容忍的。

為什么會出現(xiàn)這種情況，我們知道單核cpu系統(tǒng)里為了實現(xiàn)多個程序同時運行的假象，操作系統(tǒng)通常都采用時間片調(diào)度，一個進程時間片用完就切換下一個進程運行，加上我們的高級語言不是每一行代碼都是原子性的，比如x = (int)file_get_contents($file) 這行代碼對于我們來說是不可分割是原子性的，但是經(jīng)過編譯器編譯成匯編碼【機器指令】可能是多條指令實現(xiàn)，這樣就會出現(xiàn)問題，如果指令只執(zhí)行到一半進程分配的時間片用完或者被其他進程打斷，都有可能造成數(shù)據(jù)損壞，導(dǎo)致最后計算結(jié)果出現(xiàn)誤差

使用php封裝system v 信號量集函數(shù)

<?php
$file = "num.txt";//定一個空文件
$count =0;
$key = ftok("demo1.php","x");
$sem_id = sem_get($key,1);// 第二個參數(shù)是個整數(shù)，表示設(shè)置信號量集，設(shè)置為1 把它當(dāng)做二值信號量來用，用于互斥
file_put_contents($file,$count);
$pid = pcntl_fork();//fork 一個進程
if($pid == 0){//子進程執(zhí)行邏輯
sem_acquire($sem_id); // P -1 操作 獲取一個信號量 ， 如果為0表示資源被占用進程掛起等待信號量釋放
    $x = (int)file_get_contents($file);//讀取文件內(nèi)容
    //i 循環(huán)累加
    for($i=0; $i<1000; $i++){
        $x = $x + 1;
    }
    //寫入文件
    file_put_contents($file,$x);
       sem_release($sem_id); //V +1 操作 釋放信號量
    //子進程退出
    exit(0);
}
//父進程執(zhí)行邏輯
sem_acquire($sem_id); // P -1 操作  獲取信號量， 如果為0表示資源被占用進程掛起等待信號量釋放
$x = (int)file_get_contents($file);
for($i=0; $i<1000; $i++){
    $x = $x+1;
}
//累加寫入
file_put_contents($file,$x);
sem_release($sem_id); //V +1 操作 釋放信號量

加入信號量后，那就一定保證100%是2000，絕對不會出現(xiàn)其他數(shù)值。

到此這篇關(guān)于php進程通信之信號量淺析介紹的文章就介紹到這了,更多相關(guān)php信號量內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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