從併發處理談PHP進程間通訊（二）System V IPC

前言

進程間通訊是一個永遠的話題，個人上一篇文章經過一個併發循環ID生成器的實現介紹瞭如何使用外部介質來進行進程間通訊：從併發處理談PHP進程間通訊（一）外部介質 。介紹的幾種方法適用於各類語言，可是他們都依賴於一種外部介質，文化的讀寫有瓶頸，mysql 和 redis 會掛掉或鏈接超時，歸根結底總以爲在 HACK；

對於進程間通訊，每個完備的語言都應該有對應的處理方式，而 PHP 對應的則是一族對 UNIX SYSTEM V包裝的函數，包括信號量（semaphore）、共享內存（shared memory）和消息隊列（msg queue）的操做。

它的安裝和使用很是簡單，在編譯 PHP 時添加 --enable-sysvsem --enable-sysvshm --enable-sysvmsg 參數就能夠，固然 Windows 上沒法使用。

今天咱們仍舊使用上一篇文章的例子來介紹 PHP 內部實現的進程間通訊，在瞭解它們的具體使用以前，先簡單介紹一下信號量、共享內存、消息隊列的概念。

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Unix System V IPC

信號量

信號量又稱爲信號燈，它是用來協調不一樣進程間的數據對象的，而最主要的應用是共享內存方式的進程間通訊。本質上，信號量是一個計數器，它用來記錄對某個資源（如共享內存）的存取情況。

通常說來，爲了得到共享資源，進程須要執行下列操做：

1. 獲取控制共享資源的信號量的值；
2. 若值爲正，進程將信號量減1，進程操做共享資源，進入步驟4；
3. 若值0，則拒絕進程使用共享資源，進程進入睡眠狀態，直至信號量值大於0後，進程被喚醒，轉入步驟1；
4. 當進程再也不使用共享資源時，將信號量值加1。若是此時有進程正在睡眠等待此信號量，則喚醒此進程；

信號量的使用能夠類比爲：

一個房間必須用鑰匙才能開門，有N把鑰匙放在門口，拿到鑰匙開門進入房間，出來時將鑰匙放回並告知等待的人去取鑰匙開門。 此例中，鑰匙的數量限制了同一時間內在房間的最大人數。房間即共享資源，鑰匙是信號量，而想進入房間的人則是多個進程。

信號量有二值和多值之分，通常共享資源都不容許多個進程同時操做，多使用二值信號量。

共享內存

爲了在多個進程間交換信息，內核專門留出了一塊內存區，能夠由須要訪問的進程將其映射到本身的私有地址空間。進程就能夠直接讀寫這一塊內存而不須要進行數據的拷貝，從而大大提升效率。共享內存能夠比喻成一塊公用黑板，每一個人都能在上面留言，寫東西。

到於共享內存，咱們必定要關心其生存週期：System V 共享內存區域對象是隨內核持續的，除非顯式刪除共享內存區域對象，即便全部訪問共享內存區域對象的進程都已經正常結束，共享內存區域對象仍然在內核中存在，在內核從新引導以前，對該共享內存區域對象的任何改寫操做都將一直保留。

消息隊列

消息隊列是一條公共消息鏈，消息存取通常爲先進先出（FIFO），能實現多個進程對消息的原子操做和異步存取。消息隊列的應用十分普遍，不光是進程間通訊，流程異步化、解耦方面也應用普遍。

消息隊列則至關於一條流水線的一段，上層有多個工人把產品放入，下層有多個工人將產品取出加工。

本文的實現不包括消息隊列的使用，但對於消息隊列實現互斥鎖，這裏給出一個思路：先給消息隊列初始化一個值，併發進程競爭獲取此值，獲取到值的進程進行共享資源的處理，進程再也不共享資源時，再將此值放入隊列，經過隊列的原子性來保證同時只有一個進程訪問共享資源。

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函數介紹

ftok

int ftok ( string $pathname, string $proj )

ftok將一個路徑 pathname 和一個項目名（必須爲一個字符）， 轉化成一個整數形的 System V IPC 鍵，本文介紹的 System V 通訊方式都是基於此鍵來完成的，此ID 值也能夠本身指定一個 INT 型來肯定，沒必要要使用 ftok 獲取；

須要注意的是：ftok 的結果是經過文檔的索引節點號來計算獲取的，而文件的刪除重建會致使其索引節點號變更，因此即便是相同的文件名，也可能會致使獲取到的 IPC 鍵不一樣，因此須要儘可能保證 $pathname 不變更；

semaphore函數

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

  獲取或生成一個信號量標識，咱們注意其 max_acquire 值爲 1，即保證同時只有一個進程能獲取到它；auto_release 爲 1 ，保證進程在非正常狀況退出時能釋放此信號量；

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

  bool sem_release ( resource $sem_identifier )

  獲取/釋放一個信號量，注意獲取信號量的 $nowait 爲false，使進程在獲取信號量失敗後進行進程等待便可。

shared_memory函數

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

• bool shm_detach ( resource $shm_identifier )

  鏈接/斷開 與 共享內存段的鏈接 $memsize， 以字節 byte 爲單位；須要注意，在第一次使用 $key 鏈接內存段建立時，會初始化內存大小和權限，後續再鏈接時，這兩個參數會被忽略。

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

• mixed shm_get_var ( resource $shm_identifier , int $variable_key )

  向共享內存內寫入或讀取一個變量，須要注意變量 key 只能是 int 型；

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代碼實現

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;
    }

小結

咱們發現 PHP 對信號量和共享內存封裝得很好，使用起來很是簡單。除此以外，PHP 的類庫 Sync 將經常使用 IPC 方法封裝成爲類，能實現跨平臺的使用，感興趣的能夠了解使用一下。

固然進程間通訊的方式和種類有不少，本文介紹的 id 遞增只是很簡單的一種，不過，知道了方法，再去把這些方法改形成爲其餘種類也就不難了。

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