php进程间通信ipc及socket收藏

本文将讨论在PHP4环境下如何使用进程间通讯机制——IPC(Inter-Process-Communication)。本文讨论的软件环境是linux+php4.0.4或更高版本。首先,我们假设你已经装好了PHP4和UNIX, 为了使得php4可以使用共享内存和信号量，必须在编译php4程序时激活shmop和sysvsem这两个扩展模块。
实现方法：在PHP设定(configure)时加入如下选项。
--enable-shmop --enable-sysvsem
这样就使得你的PHP系统可以处理相关的IPC函数了。
IPC是什么？
IPC (Inter-process communication) 是一个Unix标准通讯机制，它提供了使得在同一台主机不同进程之间可以互相通讯的方法。基本的IPC处理机制有3种：它们分别是共享内存、信号量和消息队列。本文中我们主要讨论共享内存和信号量的使用。关于消息队列，笔者在不久的将来还会专门介绍。
在PHP中使用共享内存段
在不同的处理进程之间使用共享内存是一个实现不同进程之间相互通讯的好方法。如果你在一个进程中向所共享的内存写入一段信息，那么所有其他的进程也可以看到这段被写入的数据。非常方便。在PHP中有了共享内存的帮助，你可以实现不同进程在运行同一段PHP脚本时返回不同的结果。或实现对PHP同时运行数量的实时查询等等。
共享内存允许两个或者多个进程共享一给定的存储区。因为数据不需要在客户机和服务器之间复制，所以这是最快的一种IPC。使用共享内存的唯一窍门是多个进程对一给定存储区的同步存取。
如何建立一个共享内存段呢？下面的代码可以帮你建立共享内存。
$shm_id = shmop_open($key, $mode, $perm, $size);
注意，每个共享内存段都有一个唯一的ID, 在PHP中，shmop_open会把建立好的共享内存段的ID返回，这里我们用$shm_id记录它。而$key是一个我们逻辑上表示共享内存段的Key值。不同进程只要选择同一个Key id就可以共享同一段存储段。习惯上我们用一个串（类似文件名一样的东西）的散列值作为key id. $mode指明了共享内存段的使用方式。这里由于是新建，因此值为’c’ –取create之意。如果你是访问已经建立过的共享内存那么请用’a’,-- 取access之意。$perm参数定义了访问的权限，8进制，关于权限定义请看UNIX文件系统帮助。$size定义了共享内存的大小。尽管有点象fopen(文件处理)你可不要当它同文件处理一样。后面的描述你将看到着一点。
例如：
$shm_id = shmop_open(0xff3, "c", 0644, 100);
这里我们打开了一个共享内存段 键值0xff3 –rw-r—r—格式，大小为100字节。
如果需要访问已有的共享内存段，你必须在调用shmop_open中设第3、4个参数为0。
IPC工作状态的查询
在Unix下，你可以用一个命令行程序ipcs查询系统所有的IPC资源状态。不过有些系统要求需要超级用户方能执行。下图是一段ipcs的运行结果。

上图中系统显示了4个共享内存段，注意其中第4个键值为0x00000ff3的就是我们刚刚运行过的PHP程序所创建的。关于ipcs的用法请参考UNIX用户手册。
如何释放共享内存呢
释放共享内存的办法是调用PHP指令:shmop_delete($id)
shmop_delete($id);
$id 就是你调用shmop_open所存的shmop_op的返回值。还有一个办法就是用UNIX的管理指令:
ipcrm id, id就是你用ipcs看到的ID.和你程序中的$id不一样。不过要小心，如果你用ipcrm直接删除共享内存段那么有可能导致其他不知道这一情况的进程在引用这个已经不复存在的共享内存器时出现一些不可预测的错误(往往结果不妙)。
如何使用(读写)共享内存呢
使用如下所示函数向共享内存写入数据
int shmop_write (int shmid, string data, int offset)
其中shmid是用shmop_open返回的句柄。$Data变量存放了要存放的数据。$offset描述了写入从共享内存的开始第一个字节的位置（以0开始）。
读取操作是：
string shmop_read (int shmid, int start, int count)
同样，指明$shmid,开始偏移量（以0开始）、总读取数量。返回结果串。这样，你就可以把共享内存段当作是一个字节数组。读几个再写几个，想干嘛就干嘛，十分方便。
多进程问题的考虑
现在，在单独的一个PHP进程中读写、创建、删除共享内存方面上你应该没有问题了。但是，显然实际运行中不可能只是一个PHP进程在运行中。如果在多个进程的情况下你还是沿用单个进程的处理方法，你一定会碰到问题 ---- 著名的并行和互斥问题。比如说有2个进程同时需要对同一段内存进行读写。当两个进程同时执行写入操作时，你将得到一个错误的数据，因为该段内存将之可能是最后执行的进程的内容，甚至是由2个进程写入的数据轮流随机出现的一段混合的四不象。这显然是不能接受的。为了解决这个问题，我们必须引入互斥机制。互斥机制在很多操作系统的教材上都有专门讲述，这里不多重复。实现互斥机制的最简单办法就是使用信号灯。信号量是另外一种进程间通讯(IPC)的方式，它同其他IPC机构(管道、FIFO、消息队列)不同。它是一个记数器，用于控制多进程对共享数据的存储。同样的是你可以用ipcs和ipcrm实现对信号灯使用状态的查询和对其实现删除操作。在PHP中你可以用下列函数创建一个新的信号量并返回操作该信号量的句柄。如果该key指向的信号量已经存在，sem_get直接返回操作该信号量的句柄。
int sem_get (int key [, int max_acquire [, int perm]])
$max_acquire 指明同时最多可以用几个进程进入该信号而不必等待该信号被释放（也就是最大同时处理某一资源的进程数目,一般该值均为一）。$perm指明了访问权限。
一旦你成功的拥有了一个信号量，你对它所能做的只有2种：请求、释放。当你执行释放操作时, 系统将把该信号值减一。如果小于0那就还设为0。而当你执行请求操作时，系统将把该信号值加一，如果该值大于设定的最大值那么系统将挂起你的处理进程直到其他进程释放到小于最大值为止。一般情况下最大值设为1,这样一来当一个进程获得请求时其他后面的进程只能等待它退出互斥区后释放信号量才能进入该互斥区并同时设为独占方式。这样的信号量常称为双态信号量。当然，如果初值是任意一个正数就表明有多少个共享资源单位可供共享应用。
申请、释放操作的PHP格式如下：
int sem_acquire (int sem_identifier) 申请
int sem_release (int sem_identifier) 释放
其中sem_identifier是调用sem_get的返回值（句柄）。
一个简单的互斥协议例子
下面是一段很简单的互斥操作规程。
$semid=sem_get(0xee3,1,0666);
$shm_id = shmop_open(0xff3, "c", 0644, 100);
sem_acquire($semid); //申请
/* 进入临界区*/
这里，对共享内存进行处理
sem_release($semid); //释放
正如你所看到的，互斥的实现很简单：申请进入临界区，对临界区资源进行操作（比如修改共享内存）退出临界区并释放信号。这样一来就可以保证在同一个时间片中不可能有同时2个进程对同一段共享内存进行操作。因为信号量机制保证一个时间片只能由一个进程进入，其他进程必须等待当前处理的进程完成后方能进入。
临界区一般是指那些不允许同时有多个进程并发处理的代码段。
要注意的是:在PHP中必须由同一个进程释放它所占用的信号量。在一般系统中允许进程释放别的进程占用的信号。在编写临界区代码一定要小心设计资源的分配，避免A等B，B等A的死锁情况发生。
运 用
IPC的运用是十分广泛的。比如，在不同进程间保存一个解释过的复杂的配置文件、或具体设置的用户等，以避免重复处理。我也曾经用共享内存的技术把一大批PHP脚本必须引用的一个很大的文件放入共享内存，并由此显著提升了Web服务的速度、消除了部分瓶颈。关于它的使用还有聊天室，多路广播等等。IPC的威力取决于你的想象力的大小。如果本文对你有一点点启发，那我不胜荣幸。愿意很你讨论这令人入迷的电脑技术

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◇　Socket基础
◇　产生一个服务器
◇　 产生一个客户端
在这一章里你将了解到迷人而又让人容易糊涂的套接字（Sockets）。Sockets在PHP中是没有充分利用的功能。今天你将看到产生一个能使用客户端连接的服务器，并在客户端使用socket进行连接，服务器端将详细的处理信息发送给客户端。
当你看到完整的socket过程，那么你将会在以后的程序开发中使用它。这个服务器是一个能让你连接的HTTP服务器，客户端是一个Web浏览器，这是一个单一的 客户端/服务器 的关系。
◆　Socket 基础

PHP使用Berkley的socket库来创建它的连接。你可以知道socket只不过是一个数据结构。你使用这个socket数据结构去开始一个客户端和服务器之间的会话。这个服务器是一直在监听准备产生一个新的会话。当一个客户端连接服务器，它就打开服务器正在进行监听的一个端口进行会话。这时，服务器端接受客户端的连接请求，那么就进行一次循环。现在这个客户端就能够发送信息到服务器，服务器也能发送信息给客户端。
产生一个Socket，你需要三个变量：一个协议、一个socket类型和一个公共协议类型。产生一个socket有三种协议供选择，继续看下面的内容来获取详细的协议内容。
定义一个公共的协议类型是进行连接一个必不可少的元素。下面的表我们看看有那些公共的协议类型。
表一：协议
名字/常量     描述
AF_INET 这是大多数用来产生socket的协议，使用TCP或UDP来传输，用在IPv4的地址
AF_INET6     与上面类似，不过是来用在IPv6的地址
AF_UNIX 本地协议，使用在Unix和Linux系统上，它很少使用，一般都是当客户端和服务器在同一台及其上的时候使用
表二：Socket类型
名字/常量     描述
SOCK_STREAM 这个协议是按照顺序的、可靠的、数据完整的基于字节流的连接。这是一个使用最多的socket类型，这个socket是使用TCP来进行传输。
SOCK_DGRAM 这个协议是无连接的、固定长度的传输调用。该协议是不可靠的，使用UDP来进行它的连接。
SOCK_SEQPACKET 这个协议是双线路的、可靠的连接，发送固定长度的数据包进行传输。必须把这个包完整的接受才能进行读取。
SOCK_RAW 这个socket类型提供单一的网络访问，这个socket类型使用ICMP公共协议。（ping、traceroute使用该协议）
SOCK_RDM 这个类型是很少使用的，在大部分的操作系统上没有实现，它是提供给数据链路层使用，不保证数据包的顺序
表三：公共协议
名字/常量     描述
ICMP 互联网控制消息协议，主要使用在网关和主机上，用来检查网络状况和报告错误信息
UDP      用户数据报文协议，它是一个无连接，不可靠的传输协议
TCP 传输控制协议，这是一个使用最多的可靠的公共协议，它能保证数据包能够到达接受者那儿，如果在传输过程中发生错误，那么它将重新发送出错数据包。
现在你知道了产生一个socket的三个元素，那么我们就在php中使用socket_create()函数来产生一个socket。这个socket_create()函数需要三个参数：一个协议、一个socket类型、一个公共协议。socket_create()函数运行成功返回一个包含socket的资源类型，如果没有成功则返回false。
Resourece socket_create(int protocol, int socketType, int commonProtocol);
现在你产生一个socket，然后呢？php提供了几个操纵socket的函数。你能够绑定socket到一个IP，监听一个socket的通信，接受一个socket；现在我们来看一个例子，了解函数是如何产生、接受和监听一个socket。
<?php
$commonProtocol = getprotobyname(“tcp”);
$socket = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, $commonProtocol);
socket_bind($socket, ‘localhost’, 1337);
socket_listen($socket);
// More socket functionality to come
?>
上面这个例子产生一个你自己的服务器端。例子第一行，
$commonProtocol = getprotobyname(“tcp”);
使用公共协议名字来获取一个协议类型。在这里使用的是TCP公共协议，如果你想使用UDP或者ICMP协议，那么你应该把getprotobyname()函数的参数改为“udp”或“icmp”。还有一个可选的办法是不使用getprotobyname()函数而是指定SOL_TCP或SOL_UDP在socket_create()函数中。
$socket = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP);
例子的第二行是产生一个socket并且返回一个socket资源的实例。在你有了一个socket资源的实例以后，你就必须把socket绑定到一个IP地址和某一个端口上。
socket_bind($socket, ‘localhost’, 1337);
在这里你绑定socket到本地计算机（127.0.0.1）和绑定socket到你的1337端口。然后你就需要监听所有进来的socket连接。
socket_listen($socket);
在第四行以后，你就需要了解所有的socket函数和他们的使用。
表四：Socket函数
函数名      描述
socket_accept()    接受一个Socket连接
socket_bind()     把socket绑定在一个IP地址和端口上
socket_clear_error()   清除socket的错误或者最后的错误代码
socket_close()     关闭一个socket资源
socket_connect()    开始一个socket连接
socket_create_listen()   在指定端口打开一个socket监听
socket_create_pair()   产生一对没有区别的socket到一个数组里
socket_create()    产生一个socket，相当于产生一个socket的数据结构
socket_get_option()    获取socket选项
socket_getpeername()   获取远程类似主机的ip地址
socket_getsockname()   获取本地socket的ip地址
socket_iovec_add()    添加一个新的向量到一个分散/聚合的数组
socket_iovec_alloc()   这个函数创建一个能够发送接收读写的iovec数据结构
socket_iovec_delete()   删除一个已经分配的iovec
socket_iovec_fetch()   返回指定的iovec资源的数据
socket_iovec_free()    释放一个iovec资源
socket_iovec_set()    设置iovec的数据新值
socket_last_error()    获取当前socket的最后错误代码
socket_listen()     监听由指定socket的所有连接
socket_read()     读取指定长度的数据
socket_readv()     读取从分散/聚合数组过来的数据
socket_recv()     从socket里结束数据到缓存
socket_recvfrom()    接受数据从指定的socket，如果没有指定则默认当前socket
socket_recvmsg()    从iovec里接受消息
socket_select()     多路选择
socket_send()     这个函数发送数据到已连接的socket
socket_sendmsg()    发送消息到socket
socket_sendto()    发送消息到指定地址的socket
socket_set_block()    在socket里设置为块模式
socket_set_nonblock()   socket里设置为非块模式
socket_set_option()    设置socket选项
socket_shutdown()    这个函数允许你关闭读、写、或者指定的socket
socket_strerror()    返回指定错误号的详细错误
socket_write()     写数据到socket缓存
socket_writev()    写数据到分散/聚合数组
(注: 函数介绍删减了部分原文内容，函数详细使用建议参考英文原文，或者参考PHP手册)

以上所有的函数都是PHP中关于socket的，使用这些函数，你必须把你的socket打开，如果你没有打开，请编辑你的php.ini文件，去掉下面这行前面的注释：
extension=php_sockets.dll
如果你无法去掉注释，那么请使用下面的代码来加载扩展库：
<?php
if(!extension_loaded(‘sockets’))
{
if(strtoupper(substr(PHP_OS, 3)) == “WIN”)
{
dl(‘php_sockets.dll’);
}
else
{
dl(‘sockets.so’);
}
}
?>
如果你不知道你的socket是否打开，那么你可以使用phpinfo()函数来确定socket是否打开。你通过查看phpinfo信息了解socket是否打开。如下图：

查看phpinfo()关于socket的信息

◆　产生一个服务器

现在我们把第一个例子进行完善。你需要监听一个指定的socket并且处理用户的连接。
<?php
$commonProtocol = getprotobyname("tcp");
$socket = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, $commonProtocol);
socket_bind($socket, 'localhost', 1337);
socket_listen($socket);
// Accept any incoming connections to the server
$connection = socket_accept($socket);
if($connection)
{
socket_write($connection, "You have connected to the socket.../n/r");
}
?>
你应该使用你的命令提示符来运行这个例子。理由是因为这里将产生一个服务器，而不是一个Web页面。如果你尝试使用Web浏览器来运行这个脚本，那么很有可能它会超过30秒的限时。你可以使用下面的代码来设置一个无限的运行时间，但是还是建议使用命令提示符来运行。
set_time_limit(0);
在你的命令提示符中对这个脚本进行简单测试：
Php.exe example01_server.php
如果你没有在系统的环境变量中设置php解释器的路径，那么你将需要给php.exe指定详细的路径。当你运行这个服务器端的时候，你能够通过远程登陆（telnet）的方式连接到端口1337来测试这个服务器。如下图：

上面的服务器端有三个问题：1. 它不能接受多个连接。2. 它只完成唯一的一个命令。3. 你不能通过Web浏览器连接这个服务器。
这个第一个问题比较容易解决，你可以使用一个应用程序去每次都连接到服务器。但是后面的问题是你需要使用一个Web页面去连接这个服务器，这个比较困难。你可以让你的服务器接受连接，然后些数据到客户端（如果它一定要写的话），关闭连接并且等待下一个连接。
在上一个代码的基础上再改进，产生下面的代码来做你的新服务器端：
<?php
// Set up our socket
$commonProtocol = getprotobyname("tcp");
$socket = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, $commonProtocol);
socket_bind($socket, 'localhost', 1337);
socket_listen($socket);
// Initialize the buffer
$buffer = "NO DATA";
while(true)
{
// Accept any connections coming in on this socket
$connection = socket_accept($socket);
printf("Socket connected/r/n");
// Check to see if there is anything in the buffer
if($buffer != "")
{
printf("Something is in the buffer...sending data.../r/n");
socket_write($connection, $buffer . "/r/n");
printf("Wrote to socket/r/n");
}
else
{
printf("No Data in the buffer/r/n");
}
// Get the input
while($data = socket_read($connection, 1024, PHP_NORMAL_READ))
{
$buffer = $data;
socket_write($connection, "Information Received/r/n");
printf("Buffer: " . $buffer . "/r/n");
}
socket_close($connection);
printf("Closed the socket/r/n/r/n");
}
?>
这个服务器端要做什么呢？它初始化一个socket并且打开一个缓存收发数据。它等待连接，一旦产生一个连接，它将打印“Socket connected”在服务器端的屏幕上。这个服务器检查缓冲区，如果缓冲区里有数据，它将把数据发送到连接过来的计算机。然后它发送这个数据的接受信息，一旦它接受了信息，就把信息保存到数据里，并且让连接的计算机知道这些信息，最后关闭连接。当连接关闭后，服务器又开始处理下一次连接。(翻译的烂，附上原文)
This is what the server does. It initializes the socket and the buffer that you use to receive
and send data. Then it waits for a connection. Once a connection is created it prints
“Socket connected” to the screen the server is running on. The server then checks to see if
there is anything in the buffer; if there is, it sends the data to the connected computer.
After it sends the data it waits to receive information. Once it receives information it stores
it in the data, lets the connected computer know that it has received the information, and
then closes the connection. After the connection is closed, the server starts the whole
process again.

◆　产生一个客户端
处理第二个问题是很容易的。你需要产生一个php页连接一个socket，发送一些数据进它的缓存并处理它。然后你又个处理后的数据在还顿，你能够发送你的数据到服务器。在另外一台客户端连接，它将处理那些数据。
To solve the second problem is very easy. You need to create a PHP page that connects to
a socket, receive any data that is in the buffer, and process it. After you have processed the
data in the buffer you can send your data to the server. When another client connects, it
will process the data you sent and the client will send more data back to the server.

下面的例子示范了使用socket：
<?php
// Create the socket and connect
$socket = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP);
$connection = socket_connect($socket,’localhost’, 1337);
while($buffer = socket_read($socket, 1024, PHP_NORMAL_READ))
{
if($buffer == “NO DATA”)
{
echo(“<p>NO DATA</p>”);
break;
}
else
{
// Do something with the data in the buffer
echo(“<p>Buffer Data: “ . $buffer . “</p>”);
}
}
echo(“<p>Writing to Socket</p>”);
// Write some test data to our socket
if(!socket_write($socket, “SOME DATA/r/n”))
{
echo(“<p>Write failed</p>”);
}
// Read any response from the socket
while($buffer = socket_read($socket, 1024, PHP_NORMAL_READ))
{
echo(“<p>Data sent was: SOME DATA<br> Response was:” . $buffer . “</p>”);
}
echo(“<p>Done Reading from Socket</p>”);
?>
这个例子的代码演示了客户端连接到服务器。客户端读取数据。如果这是第一时间到达这个循环的首次连接，这个服务器将发送“NO DATA”返回给客户端。如果情况发生了，这个客户端在连接之上。客户端发送它的数据到服务器，数据发送给服务器，客户端等待响应。一旦接受到响应，那么它将把响应写到屏幕上。

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