PHP共享內存使用場景及注意點

使用場景

監控匯總

目前正在用的一個場景，針對某一台機器上的錯誤進行匯總並報警，我們把一分鍾之內的相同報警合並成一條，用共享內存來暫存，非常實用且高效。

PHP SESSION

如果你是單機的服務，且又啟用了session，那么可以把session換成共享內存的來存儲，會比文件要快上不少，這里還要強調是單機，這是最大的軟肋，但就功能上來講沒有memcache方便。

什么是共享內存

共享內存是一種在同一台機器的不同進程（應用程序）之間交換數據的方式。一個進程可創建一個可供其他進程訪問的內存段，並賦予它相應的權限。每個內存段擁有一個惟一的ID，我們通常稱之為shmid，這個ID指向一個物理內存區域，其他進程可通過此ID來操作這塊內存, 包擴讀取、寫入以及刪除。

共享內存的使用是一種在進程之間交換數據的快速方法，主要因為在創建內存段之后傳遞數據，不會涉及內核。這種方法常常稱為進程間通信 (IPC)。其他 IPC 方法包括管道、消息隊列、RPC 和套接字。

PHP 中幾種常見的共享內存使用方式

APC 可以緩存 PHP 的 opcode 提高應用的性能，可以在同個 PHP-FPM 進程池的進程間共享數據，常用功能如下:

• apc_store
• apc_fetch
• apc_add
• apc_delete
• apcinc apcdec
• apc_cas
• apcclearcache
• apcsmainfo

Shmop Unix 系統共享內存使用接口常用功能:

• shmop_open
• shmop_close
• shmop_read
• shmop_write
• shmop_delete

ipcs -m 查看本機共享內存的狀態和統計。

ipcrm -m shmid 或 ipcrm -M shmkey 清除共享內存中的數據。

SystemV Shm常用功能:

• ftok
• shm_attach
• shm_detach
• shmputvar
• shmgetvar
• shmremovevar

使用共享內存需要考慮操作的原子性和鎖、並行和互斥。

sem 信號量相關函數： 
* semget * semremove * semacquire * semrelease

PHP 提供的 IPC 機制。

• --enable-shmop 共享內存，只能按字節操作
• --enable-sysvsem 信號量
• --enable-sysvshm 共享內存，和 shmop 的差別是提供的操作函數不同，支持 key、value操作
• --enable-sysvmsg 消息隊列

本文主講

如何使用 PHP shmop 創建和操作共享內存段，使用它們存儲可供其他應用程序使用的數據。

1. 創建內存段

共享內存函數類似於文件操作函數，但無需處理一個流，您將處理一個共享內存訪問 ID。第一個示例就是 shmopopen 函數，它允許您打開一個現有的內存段或創建一個新內存段。此函數非常類似於經典的 fopen 函數，后者打開用於文件操作的流，返回一個資源供其他希望讀取或寫入該打開的流的函數使用。讓我們看看 shmopopen的用法：

<?php  
$key = ftok(__FILE__, 'h');
$mode = 'c';
$permissions = 0644;
$size = 1024;
$shmid = shmop_open($key, $mode, $permissions, $size);
?>

第一個參數（$key）：

系統建立IPC通訊 （消息隊列、信號量和共享內存） 時必須指定一個key值。通常情況下，該key值通過ftok函數得到, * *key是一個我們邏輯上表示共享內存段的標識。不同進程只要選擇同一個Key值就可以共享同一段存儲段。

第二個參數（$mode）：

訪問模式，它類似於fopen的訪問模式，有以下幾種

• 模式 “a”，它允許您訪問只讀內存段
• 模式 “w”，它允許您訪問可讀寫的內存段
• 模式 “c”，它創建一個新內存段，或者如果該內存段已存在，嘗試打開它進行讀寫 *模式 “n”，它創建一個新內存段，如果該內存段已存在，則會失敗，返回 false，並伴隨有warning: unable to attach or create shared memory segment

第三個參數（$permissions）:

內存段的權限。您必須在這里提供一個八進制值，它類似於UNIX操作系統文件和目錄的操作權限。

第四個參數（$size）：

內存段大小，以字節為單位。在寫入一個內存段之前，您必須在它之上分配適當的字節數。

返回結果：

此函數返回一個 ID 編號，其他函數可使用該 ID 編號操作該共享內存段。這個 ID 是共享內存訪問 ID，與系統 ID 不同，它以參數的形式傳遞。請注意不要混淆這兩者。如果失敗，shmop_open 將返回 FALSE。

shmop_open成功后，使用ipcs -m, 可以查看到剛剛創建的內存段，注意 申請的內存段有嚴格的權限，比如用root用戶申請的，普通用戶就無權訪問

2. 向內存段寫入數據

使用 shmop_write 函數向共享內存塊寫入數據。此函數的使用很簡單，它僅接受 3 個參數，如下所示。

<?php  
//這里shmid可以延用上一段代碼返回的shmid
$shmid = shmop_open(ftok(__FILE__,'h'), 'c', 0644, 1024); 
shmop_write($shmid, "Hello World!", 0);

?>

這個函數類似於 fwrite 函數， 在這里有三個參數。 * 第一個參數（$shmid）：是 shmop_open 返回的 ID，它識別您操作的共享內存塊。 * 第二個參數（$data）：是您希望存儲的數據。 * 第三個參數（$offset）：是您希望開始寫入的位置。默認情況下，我們始終使用 0 來表示開始寫入的位置。

返回結果：此函數在失敗時會返回 FALSE，在成功時會返回寫入的字節數。

3. 從內存段讀取數據

從共享內存段讀取數據很簡單。您只需要一個打開的內存段和 shmop_read 函數，它接受三個參數，如下所示：

<?php  
$shmid = shmop_open(ftok(\__FILE_\_,'h'), 'c', 0644, 1024);
shmop_write($shmid, "Hello World\!", 0);  
var_dump(shmop_read($shmid, 0, 11));  
?>

• 第一個參數（$shmid）：是 shmop_open 返回的 ID，它識別您操作的共享內存塊。
• 第二個參數（$start）：是您希望從內存段讀取的位置，這個參數可以始終為0， 表示數據的開頭
• 第三個參數（$count）：是您希望讀取的字節數。一般情況下我們用shmop_size($shmid)，以便完整的讀取它。

4. 刪除內存段

shmop_delete 該函數只接收一個參數，如下所示：

<?php  
$shmid = shmop_open(ftok(\__FILE_\_,'h'), 'c', 0644, 1024);
shmop_delete($shmid);  
?>

其實這個函數不會實際刪除該內存段。它將該內存段標記為刪除狀態，因為共享內存段在有其他進程正在使用它時無法被刪除。shmop_delete 函數將該內存段標記為刪除，阻止任何其他進程打開它。要刪除它，我們需要關閉該內存段。

5. 關閉內存段

打開一個共享內存段會 “附加” 到它。附加該內存段之后，我們可在其中進行讀取和寫入，但完成操作后，我們必須從它解除。

<?php  
$shmid = shmop_open(ftok(\__FILE_\_,'h'), 'c', 0644, 1024);
shmop_write($shmid, "Hello World\!", 0);  
shmop_delete($shmid); shmop_close($shmid);  
?>

共享內存的原子操作 - 信號控制

針對共享內存的寫操作本身不是原子性的，那么當我們大量並發進行讀寫的時候，怎么保證原子性呢，這里要引入信號量進行控制。

PHP 也提供了內置擴展 sysvsem ，其實我們在看sysvsem 提供的一系列sem*的方法的時候，就會想到，這和上面提到的shmop*有什么區別呢，我們來看官房文檔中的這一個解釋：PHP already had a shared memory extension (sysvshm) written by Christian Cartus [e-mail], unfortunately this extension was designed with PHP only in mind and offers high level features which are extremely bothersome for basic SHM we had in mind.

也就是說：sysvshm 擴展提供的方法在存儲之前對用戶的數據進行serialize處理，這里就導致這個存儲的數據是無法與其它語言共享的，這一系列方法是php only的方法。

引入信號控制之后的示例：

<?php  
$key = ftok(_FILE_, 'h') $mode = "c";
$permissions = 0755;
$size = 1024; // 內存段的大小，單位是字節
$semid = sem_get($key); # 請求信號控制權
if (sem_acquire($semid)) {  
    $shmid = shmop_open($key, 'c', 0644, 1024); # 讀取並寫入數據
    shmop_write($shmid, '13800138000', 0); # 關閉內存塊
    shmop_close($shmid); # 釋放信號 sem_release($semid);
}

共享內存的操作是非常快的，在本地想要模擬實現寫入沖突是非常困難的，但是本地想模擬實現寫入沖突實際上是非常難的（考慮到計算機的執行速度）。在本地測試中，使用 for 循環操作時如果不使用shmop_close 關閉資源會出現無法打開共享內存的錯誤警告。這應該是因為正在共享內存被上一次操作占用中還沒有釋放導致。

共享內存,memcache,文件的讀寫速度對比。

以下是同時讀寫1k的數據讀寫100000次的時間對比：

	讀(s)	寫(s)
memcache	7.8	8.11
file	2.6	3.2
shm	0.1	0.07