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淺談并發處理PHP進程間通信之System V IPC

前言

它的安裝和使用非常簡單，在編譯 PHP 時添加 --enable-sysvsem --enable-sysvshm --enable-sysvmsg 參數就可以，當然 Windows 上無法使用。

今天我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信，在了解它們的具體使用之前，先簡單介紹一下信號量、共享內存、消息隊列的概念。

Unix System V IPC

信號量

信號量又稱為信號燈，它是用來協調不同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信。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）的存取狀況。

一般說來，為了獲得共享資源，進程需要執行下列操作：

1.獲取控制共享資源的信號量的值；

2.若值為正，進程將信號量減1，進程操作共享資源，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，直至信號量值大于0后，進程被喚醒，轉入步驟1；

4.當進程不再使用共享資源時，將信號量值加1。如果此時有進程正在睡眠等待此信號量，則喚醒此進程；

信號量的使用可以類比為：

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，出來時將鑰匙放回并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，一般共享資源都不允許多個進程同時操作，多使用二值信號量。

共享內存

為了在多個進程間交換信息，內核專門留出了一塊內存區，可以由需要訪問的進程將其映射到自己的私有地址空間。進程就可以直接讀寫這一塊內存而不需要進行數據的拷貝，從而大大提高效率。共享內存可以比喻成一塊公用黑板，每個人都能在上面留言，寫東西。

到于共享內存，我們一定要關心其生存周期：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，即使所有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，在內核重新引導之前，對該共享內存區域對象的任何改寫操作都將一直保留。

消息隊列

消息隊列是一條公共消息鏈，消息存取一般為先進先出（FIFO），能實現多個進程對消息的原子操作和異步存取。消息隊列的應用十分廣泛，不光是進程間通信，流程異步化、解耦方面也應用廣泛。

消息隊列則相當于一條流水線的一段，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，但對于消息隊列實現互斥鎖，這里給出一個思路：先給消息隊列初始化一個值，并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，進程不再共享資源時，再將此值放入隊列，通過隊列的原子性來保證同時只有一個進程訪問共享資源。

函數介紹

ftok

int ftok ( string $pathname, string $proj )

ftok將一個路徑 pathname 和一個項目名（必須為一個字符），轉化成一個整數形的 System V IPC 鍵，本文介紹的 System V 通信方式都是基于此鍵來完成的，此ID 值也可以自己指定一個 INT 型來確定，不必要使用 ftok 獲取；

需要注意的是：ftok 的結果是通過文檔的索引節點號來計算獲取的，而文件的刪除重建會導致其索引節點號變動，所以即使是相同的文件名，也可能會導致獲取到的 IPC 鍵不同，所以需要盡量保證 $pathname 不變動；

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，我們注意其 max_acquire 值為 1，即保證同時只有一個進程能獲取到它；auto_release 為 1 ，保證進程在非正常情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 為false，使進程在獲取信號量失敗后進行進程等待即可。

shared_memory函數

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

bool shm_detach ( resource $shm_identifier )

連接/斷開與共享內存段的連接 $memsize，以字節 byte 為單位；需要注意，在第一次使用 $key 連接內存段創建時，會初始化內存大小和權限，后續再連接時，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，需要注意變量 key 只能是 int 型；

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;
}