php進程間通信--信號量與共享內存

　　首先我們來講解一下，php如何實現共享內存。（注意:本示例是在linux下，請勿在windows下嘗試此代碼，並且必須是在php-cli模式下）

　　php提供了兩種實現共享內存的擴展。下面我們來一一講解。

　　一、shmop 系類函數

<?php
/**
 * author: NickBai
 * createTime: 2016/12/5 0005 上午 9:17
 */
$shm_key = ftok(__FILE__, 't');

/**
開辟一塊共享內存

int $key , string $flags , int $mode , int $size
$flags: a:訪問只讀內存段
c:創建一個新內存段，或者如果該內存段已存在，嘗試打開它進行讀寫
w:可讀寫的內存段
n:創建一個新內存段，如果該內存段已存在，則會失敗
$mode: 八進制格式  0655
$size: 開辟的數據大小 字節

 */

$shm_id = shmop_open($shm_key, "c", 0655, 1024);

/**
 * 寫入數據 數據必須是字符串格式 , 最后一個指偏移量
 * 注意：偏移量必須在指定的范圍之內，否則寫入不了
 *
 */
$size = shmop_write($shm_id, 'hello world', 0);
echo "write into {$size}";

#讀取的范圍也必須在申請的內存范圍之內,否則失敗
$data = shmop_read($shm_id, 0, 100);
var_dump($data);

#刪除 只是做一個刪除標志位，同時不在允許新的進程進程讀取，當在沒有任何進程讀取時系統會自動刪除
shmop_delete($shm_id);

#關閉該內存段
shmop_close($shm_id);

　　注意兩點：

　　1、shmop_read 函數 第2個參數 是讀取的起始位置，第3個參數是要讀取的長度，如果你要讀取的長度小於信息長度，原信息會被截斷成你指定的長度。

　　2、shmop_write 函數 僅可寫 字符串 內容!

 

　　二、用 Semaphore 擴展中的 sem 類函數 （用起來更方便，類似 key-value 格式）

<?php
/**
 * author: NickBai
 * createTime: 2016/12/5 0005 上午 9:28
 */
// Get the file token key
$key = ftok(__FILE__, 'a');
$shar_key = 1;

// 創建一個共享內存
$shm_id = shm_attach($key, 1024, 0666); // resource type
if ($shm_id === false) {
    die('Unable to create the shared memory segment' . PHP_EOL);
}

#設置一個值
shm_put_var($shm_id, $shar_key, 'test');

#刪除一個key
//shm_remove_var($shm_id, $shar_key);

#獲取一個值
$value = shm_get_var($shm_id,  $shar_key);
var_dump($value);

#檢測一個key是否存在
// var_dump(shm_has_var($shm_id,  $shar_key));

#從系統中移除
shm_remove($shm_id);

#關閉和共享內存的連接
shm_detach($shm_id);

　　shm_put_var 第三個參數 寫入的值 是一個混合類型，所以沒有shmop_write的局限性。

　　注意：$shar_key 只能是 int 型的參數。

 

　　介紹完了php如何創建、操作共享內存，下面我們來看一下，他們如何在進程間通信發揮作用吧。

<?php
/**
 * author: NickBai
 * createTime: 2016/12/5 0005 上午 10:26
 */

//共享內存通信

//1、創建共享內存區域
$shm_key = ftok(__FILE__, 't');
$shm_id = shm_attach( $shm_key, 1024, 0655 );
const SHARE_KEY = 1;
$childList = [];

//2、開3個進程 讀寫 該內存區域
for( $i = 0; $i < 3; $i++ ){

    $pid = pcntl_fork();
    if( $pid == -1 ){
        exit('fork fail!' . PHP_EOL);
    }else if( $pid == 0 ){

        //子進程從共享內存塊中讀取 寫入值 +1 寫回
        if ( shm_has_var($shm_id, SHARE_KEY) ){
            // 有值,加一
            $count = shm_get_var($shm_id, SHARE_KEY);
            $count ++;
            //模擬業務處理邏輯延遲
            $sec = rand( 1, 3 );
            sleep($sec);

            shm_put_var($shm_id, SHARE_KEY, $count);
        }else{
            // 無值,初始化
            $count = 0;
            //模擬業務處理邏輯延遲
            $sec = rand( 1, 3 );
            sleep($sec);

            shm_put_var($shm_id, SHARE_KEY, $count);
        }

        echo "child process " . getmypid() . " is writing ! now count is $count\n";

        exit( "child process " . getmypid() . " end!\n" );
    }else{
        $childList[$pid] = 1;
    }
}

// 等待所有子進程結束
while( !empty( $childList ) ){
    $childPid = pcntl_wait( $status );
    if ( $childPid > 0 ){
        unset( $childList[$childPid] );
    }
}

//父進程讀取共享內存中的值
$count = shm_get_var($shm_id, SHARE_KEY);
echo "final count is " . $count . PHP_EOL;


//3、去除內存共享區域
#從系統中移除
shm_remove($shm_id);
#關閉和共享內存的連接
shm_detach($shm_id);

　　邏輯很簡單，開啟3個進程，對同一個共享內存中的數據進行讀寫。有一個count的值，如果讀到就+1,下面我們看一下運行結果：

　　從結果中我們可以看到，最終的 count 的值還是0。這是為什么呢？簡單分析一下，不難發現，當我們開啟創建進程的時候，3個子進程同時打開了 共享內存區域，此時他們幾乎是同步的，所以讀到的信息都是沒有count值，此時他們執行自己的業務

邏輯然后將 count 為0的結果寫入內存區域。這並不是我們想要的結果，三個子進程互相搶占了資源，這是不合理的，那怎么規避這個問題呢？答案是通過 信號量 ！

 

　　信號量

　　信號量是什么？ 信號量 ： 又稱為信號燈、旗語 用來解決進程（線程同步的問題），類似於一把鎖，訪問前獲取鎖（獲取不到則等待），訪問后釋放鎖。

　　舉一個生活中的例子：以一個停車場的運作為例。簡單起見，假設停車場只有三個車位，一開始三個車位都是空的。這時如果同時來了五輛車，看門人允許其中三輛直接進入，然后放下車攔，剩下的車則必須在入口等待，此后來的車也都不得不在入口

處等待。這時，有一輛車離開停車場，看門人得知后，打開車攔，放入外面的一輛進去，如果又離開兩輛，則又可以放入兩輛，如此往復。在這個停車場系統中，車位是公共資源，每輛車好比一個線程，看門人起的就是信號量的作用

　　下面我們來看一下信號量的幾個函數：

<?php
$key=ftok(__FILE__,'t');

/**
 * 獲取一個信號量資源
 int $key [, int $max_acquire = 1 [, int $perm = 0666 [, int $auto_release = 1 ]]] 
 $max_acquire:最多可以多少個進程同時獲取信號
 $perm:權限 默認 0666
 $auto_release：是否自動釋放信號量
 */
$sem_id=sem_get($key);

#獲取信號
sem_acquire($seg_id);

//do something 這里是一個原子性操作

//釋放信號量
sem_release($seg_id);

//把次信號從系統中移除
sem_remove($sem_id);


//可能出現的問題
$fp = sem_get(fileinode(__DIR__), 100);
sem_acquire($fp);

$fp2 = sem_get(fileinode(__DIR__), 1));
sem_acquire($fp2);

　　注釋的很詳細了，不懂的還可以查看一下手冊的介紹。那么我們現在就用信號量來修改我們的方法吧。

<?php
/**
 * author: NickBai
 * createTime: 2016/12/5 0005 上午 10:26
 */

//共享內存通信

//1、創建共享內存區域
$shm_key = ftok(__FILE__, 't');
$shm_id = shm_attach( $shm_key, 1024, 0655 );
const SHARE_KEY = 1;
$childList = [];

//加入信號量
$sem_id = ftok(__FILE__,'s');
$signal = sem_get( $sem_id );

//2、開3個進程 讀寫 該內存區域
for( $i = 0; $i < 3; $i++ ){

    $pid = pcntl_fork();
    if( $pid == -1 ){
        exit('fork fail!' . PHP_EOL);
    }else if( $pid == 0 ){

        // 獲得信號量
        sem_acquire($signal);

        //子進程從共享內存塊中讀取 寫入值 +1 寫回
        if ( shm_has_var($shm_id, SHARE_KEY) ){
            // 有值,加一
            $count = shm_get_var($shm_id, SHARE_KEY);
            $count ++;
            //模擬業務處理邏輯延遲
            $sec = rand( 1, 3 );
            sleep($sec);

            shm_put_var($shm_id, SHARE_KEY, $count);
        }else{
            // 無值,初始化
            $count = 0;
            //模擬業務處理邏輯延遲
            $sec = rand( 1, 3 );
            sleep($sec);

            shm_put_var($shm_id, SHARE_KEY, $count);
        }

        echo "child process " . getmypid() . " is writing ! now count is $count\n";
        // 用完釋放
        sem_release($signal);
        exit( "child process " . getmypid() . " end!\n" );
    }else{
        $childList[$pid] = 1;
    }
}

// 等待所有子進程結束
while( !empty( $childList ) ){
    $childPid = pcntl_wait( $status );
    if ( $childPid > 0 ){
        unset( $childList[$childPid] );
    }
}

//父進程讀取共享內存中的值
$count = shm_get_var($shm_id, SHARE_KEY);
echo "final count is " . $count . PHP_EOL;


//3、去除內存共享區域
#從系統中移除
shm_remove($shm_id);
#關閉和共享內存的連接
shm_detach($shm_id);

　　運行結果：

　　完美的處理了進程之間搶資源的問題，實現了操作的原子性！

 

　　參考文章：

　　http://www.cnblogs.com/siqi/p/3999222.html

　　http://www.cnblogs.com/siqi/p/3997444.html

　　http://www.jianshu.com/p/08bcf724196b