PHP socket初探 --- select系統調用

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在＜PHP socket初探 --- 先從一個簡單的socket服務器開始＞中依次講解了三個逐漸進步的服務器：

• 只能服務於一個客戶端的服務器
• 利用fork能夠服務於多個客戶端的額服務器
• 利用預fork派生進程服務於多個客戶端的服務器

最後一種服務器的進程模型基本上的大概原理其實跟咱們經常使用的apache是很是類似的．
其實這種模型最大的問題在於須要根據實際業務預估進程數量，依舊是須要大量進程來解決問題，可能會出現CPU浪費在進程間切換上，還有可能會出現驚羣現象（簡單理解就是100個進程在等帶客戶端鏈接，來了一個客戶端可是全部進程都被喚醒了，但最終只有一個進程爲這個客戶端服務，其他99個白白折騰），那麼，有沒有一種解決方案可使得少許進程服務於多個客戶端呢？
答案就是在＜PHP socket初探 --- 關於IO的一些枯燥理論＞中提到的＂IO多路複用＂．多路是指多個客戶端鏈接socket，複用就是指複用少數幾個進程，多路複用自己依然隸屬於同步通訊方式，只是表現出的結果看起來像異步，這點值得注意．目前多路複用有三種經常使用的方案，依次是：

• select，最先的解決方案
• poll，算是select的升級版
• epoll，目前的最終解決版，解決c10k問題的功臣

今天說的是select，這個東西自己是個Linux系統調用．在Linux中一切皆爲文件，socket也不例外，每當Linux打開一個文件系統都會返回一個對應該文件的標記叫作文件描述符．文件描述符是一個非負整數，當文件描述數達到最大的時候，會從新回到小數從新開始（題外話：按照傳統，通常狀況下標準輸入是0，標準輸出是1，標準錯誤是2）．對文件的讀寫操做就是利用對文件描述符的讀寫操做．一個進程能夠操做的文件描述符的數量是有限制的，不一樣系統有不一樣的數量，在linux中，能夠經過調整ulimit來調整控制．
先經過一個簡單的例子說明下select的做用和功能．雙11到了，你給少林足球隊買了不少不少球鞋，分別有10個快遞給你運送，而後你就不斷地電話詢問這10個快遞員，你以爲有點兒累．阿梅很心疼你，因而阿梅就說："這事兒你不用管了，你去專心練大力金剛腿吧，等任何一個快遞到了，我告訴你"．當其中一個快遞來了後，阿梅就喊你：＂下來啦，有快遞！＂，可是，這個阿梅比較缺心眼，她不告訴你是具體哪雙鞋子的快遞，只告訴你有快遞到了．因此，你只能依次查詢一遍全部快遞單的狀態才能確認是哪一個簽收了．
上面這個例子經過結合術語演繹一遍就是，你就是服務器軟件，阿梅就是select，10個快遞就是10個客戶端（也就是10個鏈接socket fd）．阿梅負責替你管理着這10個鏈接socket fd，當其中任何一個fd有反應了也就是能夠讀數據或能夠發送數據了，阿梅（select）就會告訴你有能夠讀寫的fd了，可是阿梅（select）不會告訴你是哪一個fd可讀寫，因此你必須輪循全部fd來看看是哪一個fd，是可讀仍是可寫．
是時候機械記憶一波兒了：
當你啓動select後，須要將三組不一樣的socket fd加入到做爲select的參數，傳統意義上這種fd的集合就叫作fd_set，三組fd_set依次是可讀集合，可寫集合，異常集合．三組fd_set由系統內核來維護，每當select監控管理的三個fd_set中有可讀或者可寫或者異常出現的時候，就會通知調用方．調用方調用select後，調用方就會被select阻塞，等待可讀可寫等事件的發生．一旦有了可讀可寫或者異常發生，須要將三個fd_set從內核態所有copy到用戶態中，而後調用方經過輪詢的方式遍歷全部fd，從中取出可讀可寫或者異常的fd並做出相應操做．若是某次調用方沒有理會某個可操做的fd，那麼下一次其他fd可操做時，也會再次將上次調用方未處理的fd繼續返回給調用方，也就是說去遍歷fd的時候，未理會的fd依然是可讀可寫等狀態，一直到調用方理會．
上面都是我我的的理解和彙總，有錯誤能夠指出，但願不會誤人子弟．下面經過php代碼實例來操做一波兒select系統調用．在php中，你能夠經過stream_select或者socket_select來操做select系統調用，下面演示socket_select進行代碼演示：

<?php

// BEGIN 建立一個tcp socket服務器
$host = '0.0.0.0';
$port = 9999;
$listen_socket = socket_create( AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP );
socket_bind( $listen_socket, $host, $port );
socket_listen( $listen_socket );
// END 建立服務器完畢 

// 也將監聽socket放入到read fd set中去，由於select也要監聽listen_socket上發生事件
$client = [ $listen_socket ];
// 先暫時只引入讀事件，避免有同窗暈頭
$write = [];
$exp = [];

// 開始進入循環
while( true ){
  $read = $client;
  // 當select監聽到了fd變化，注意第四個參數爲null
  // 若是寫成大於0的整數那麼表示將在規定時間內超時
  // 若是寫成等於0的整數那麼表示不斷調用select，執行後立馬返回，而後繼續
  // 若是寫成null，那麼表示select會阻塞一直到監聽發生變化
  if( socket_select( $read, $write, $exp, null ) > 0 ){
    // 判斷listen_socket有沒有發生變化，若是有就是有客戶端發生鏈接操做了
    if( in_array( $listen_socket, $read ) ){
      // 將客戶端socket加入到client數組中
      $client_socket = socket_accept( $listen_socket );
      $client[] = $client_socket;
      // 而後將listen_socket從read中去除掉
      $key = array_search( $listen_socket, $read );
      unset( $read[ $key ] );
    }
    // 查看去除listen_socket中是否還有client_socket
    if( count( $read ) > 0 ){
      $msg = 'hello world';
      foreach( $read as $socket_item ){
      // 從可讀取的fd中讀取出來數據內容，而後發送給其餘客戶端
      $content = socket_read( $socket_item, 2048 );
      // 循環client數組，將內容發送給其他全部客戶端
      foreach( $client as $client_socket ){
        // 由於client數組中包含了 listen_socket 以及當前發送者本身socket，因此須要排除兩者
        if( $client_socket != $listen_socket && $client_socket != $socket_item ){
          socket_write( $client_socket, $content, strlen( $content ) );
        }
      }
      }
    }
  } 
  // 當select沒有監聽到可操做fd的時候，直接continue進入下一次循環
  else {
    continue;
  }
  
}

將文件保存爲server.php，而後執行php server.php運行服務，同時再打開三個終端，執行telnet 127.0.0.1 9999，而後在任何一個telnet終端中輸入"I am DOG!"，再看其餘兩個telnet窗口，是否是感受很屌？
不徹底截圖圖下：

還沒意識到問題嗎？若是咱們看到有三個telnet客戶端鏈接服務器而且能夠彼此之間發送消息，可是咱們只用了一個進程就能夠服務三個客戶端，若是你願意，能夠開更多的telnet，可是服務器只須要一個進程就能夠搞定，這就是IO多路複用diao的地方！
最後，咱們重點解析一些socket_select函數，咱們看下這個函數的原型：

int socket_select ( array &$read , array &$write , array &$except , int $tv_sec [, int $tv_usec = 0 ] )

值得注意的是$read，$write，$except三個參數前面都有一個&，也就是說這三個參數是引用類型的，是能夠被改寫內容的．在上面代碼案例中，服務器代碼第一次執行的時候，咱們要把須要監聽的全部fd所有放到了read數組中，然而在當系統經歷了select後，這個數組的內容就會發生改變，由原來的所有read fds變成了只包含可讀的read fds，這也就是爲何聲明瞭一個client數組，而後又聲明瞭一個read數組，而後read = client．若是咱們直接將client看成socket_select的參數，那麼client數組內容就被修改．假若有5個用戶保存在client數組中，只有1個可讀，在通過socket_select後client中就只剩下那個可讀的fd了，其他4個客戶端將會丟失，此時客戶端的表現就是鏈接莫名其妙發生丟失了．

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