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在PHP中實現進程間通訊

  本文將討論在php4環境下如何使用進程間通訊機制——ipc(inter-process-communication)。本文討論的軟件環境是linux+php4.0.4或更高版本。首先,我們假設你已經裝好了php4和unix, 為了使得php4可以使用共享內存和信號量,必須在編譯php4程序時激活shmop和sysvsb這兩個擴展模塊。

  實現方法:在php設定(configure)時加入如下選項。

--enable-shmop --enable-sysvsb 

  這樣就使得你的php系統可以處理相關的ipc函數了。

  ipc是什麼?

  ipc (inter-process communication) 是一個unix標準通訊機制,它提供了使得在同一台主機不同進程之間可以互相通訊的方法。基本的ipc處理機制有3種:它們分別是共享內存、信號量和消息隊列。本文中我們主要討論共享內存和信號量的使用。關於消息隊列,筆者在不久的將來還會專門介紹。

  在php中使用共享內存段

  在不同的處理進程之間使用共享內存是一個實現不同進程之間相互通訊的好方法。如果你在一個進程中向所共享的內存寫入一段信息,那麼所有其他的進程也可以看到這段被寫入的數據。非常方便。在php中有了共享內存的幫助,你可以實現不同進程在運行同一段php腳本時返回不同的結果。或實現對php同時運行數量的實時查詢等等。

  共享內存允許兩個或者多個進程共享一給定的存儲區。因為數據不需要在客戶機和服務器之間複製,所以這是最快的一種ipc。使用共享內存的唯一竅門是多個進程對一給定存儲區的同步存取。

  如何建立一個共享內存段呢?下面的代碼可以幫你建立共享內存。

$shm_id = shmop_open($key, $mode, $perm, $size);

  注意,每個共享內存段都有一個唯一的id, 在php中,shmop_open會把建立好的共享內存段的id返回,這裡我們用$shm_id記錄它。而$key是一個我們邏輯上表示共享內存段的key值。不同進程只要選擇同一個key id就可以共享同一段存儲段。習慣上我們用一個串(類似文件名一樣的東西)的散列值作為key id. $mode指明了共享內存段的使用方式。這裡由於是新建,因此值為』c』 –取create之意。如果你是訪問已經建立過的共享內存那麼請用』a』,-- 取access之意。$perm參數定義了訪問的權限,8進制,關於權限定義請看unix文件系統幫助。$size定義了共享內存的大小。儘管有點像fopen(文件處理)你可不要當它同文件處理一樣。後面的描述你將看到著一點。

  例如:

$shm_id = shmop_open(0xff3, "c", 0644, 100);

  這裡我們打開了一個共享內存段 鍵值0xff3 –rw-r—r—格式,大小為100字節。

  如果需要訪問已有的共享內存段,你必須在調用shmop_open中設第3、4個參數為0。

  ipc工作狀態的查詢

  在unix下,你可以用一個命令行程序ipcs查詢系統所有的ipc資源狀態。不過有些系統要求需要超級用戶方能執行。下圖是一段ipcs的運行結果。

<p align=center><img src="http://www.South Master/upfiles/20051028/20051028064957_1.jpg">

  上圖中系統顯示了4個共享內存段,注意其中第4個鍵值為0x00000ff3的就是我們剛剛運行過的php程序所創建的。關於ipcs的用法請參考unix用戶手冊。

  如何釋放共享內存呢

  釋放共享內存的辦法是調用php指令:shmop_delete($id)

shmop_delete($id);

  $id 就是你調用shmop_open所存的shmop_op的返回值。還有一個辦法就是用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不一樣。不過要小心,如果你用ipcrm直接刪除共享內存段那麼有可能導致其他不知道這一情況的進程在引用這個已經不復存在的共享內存器時出現一些不可預測的錯誤(往往結果不妙)。

  如何使用(讀寫)共享內存呢

  使用如下所示函數向共享內存寫入數據

int shmop_write (int shmid, string data, int offset)

  其中shmid是用shmop_open返回的句柄。$data變量存放了要存放的數據。$offset描述了寫入從共享內存的開始第一個字節的位置(以0開始)。

  讀取操作是:

string shmop_read (int shmid, int start, int count)

  同樣,指明$shmid,開始偏移量(以0開始)、總讀取數量。返回結果串。這樣,你就可以把共享內存段當作是一個字節數組。讀幾個再寫幾個,想幹嘛就幹嘛,十分方便。

  多進程問題的考慮

  現在,在單獨的一個php進程中讀寫、創建、刪除共享內存方面上你應該沒有問題了。但是,顯然實際運行中不可能只是一個php進程在運行中。如果在多個進程的情況下你還是沿用單個進程的處理方法,你一定會碰到問題 ---- 著名的並行和互斥問題。比如說有2個進程同時需要對同一段內存進行讀寫。當兩個進程同時執行寫入操作時,你將得到一個錯誤的數據,因為該段內存將之可能是最後執行的進程的內容,甚至是由2個進程寫入的數據輪流隨機出現的一段混合的四不像。這顯然是不能接受的。為了解決這個問題,我們必須引入互斥機制。互斥機制在很多操作系統的教材上都有專門講述,這裡不多重複。實現互斥機制的最簡單辦法就是使用信號燈。信號量是另外一種進程間通訊(ipc)的方式,它同其他ipc機構(管道、fifo、消息隊列)不同。它是一個記數器,用於控制多進程對共享數據的存儲。同樣的是你可以用ipcs和ipcrm實現對信號燈使用狀態的查詢和對其實現刪除操作。在php中你可以用下列函數創建一個新的信號量並返回操作該信號量的句柄。如果該key指向的信號量已經存在,sb_get直接返回操作該信號量的句柄。

int sb_get (int key [, int max_acquire [, int perm])

  $max_acquire 指明同時最多可以用幾個進程進入該信號而不必等待該信號被釋放(也就是最大同時處理某一資源的進程數目,一般該值均為一)。$perm指明了訪問權限。

  一旦你成功的擁有了一個信號量,你對它所能做的只有2種:請求、釋放。當你執行釋放操作時, 系統將把該信號值減一。如果小於0那就還設為0。而當你執行請求操作時,系統將把該信號值加一,如果該值大於設定的最大值那麼系統將掛起你的處理進程直到其他進程釋放到小於最大值為止。一般情況下最大值設為1,這樣一來當一個進程獲得請求時其他後面的進程只能等待它退出互斥區後釋放信號量才能進入該互斥區並同時設為獨佔方式。這樣的信號量常稱為雙態信號量。當然,如果初值是任意一個正數就表明有多少個共享資源單位可供共享應用。

  申請、釋放操作的php格式如下:

int sb_acquire (int sb_identifier) 申請
int sb_release (int sb_identifier) 釋放
其中sb_identifier是調用sb_get的返回值(句柄)。 
一個簡單的互斥協議例子
下面是一段很簡單的互斥操作規程。
$sbid=sb_get(0xee3,1,0666);
$shm_id = shmop_open(0xff3, "c", 0644, 100);
sb_acquire($sbid); //申請
/* 進入臨界區*/
這裡,對共享內存進行處理
sb_release($sbid); //釋放

  正如你所看到的,互斥的實現很簡單:申請進入臨界區,對臨界區資源進行操作(比如修改共享內存)退出臨界區並釋放信號。這樣一來就可以保證在同一個時間片中不可能有同時2個進程對同一段共享內存進行操作。因為信號量機制保證一個時間片只能由一個進程進入,其他進程必須等待當前處理的進程完成後方能進入。

  臨界區一般是指那些不允許同時有多個進程並發處理的代碼段。

  要注意的是:在php中必須由同一個進程釋放它所佔用的信號量。在一般系統中允許進程釋放別的進程佔用的信號。在編寫臨界區代碼一定要小心設計資源的分配,避免a等b,b等a的死鎖情況發生。 

  運用

  ipc的運用是十分廣泛的。比如,在不同進程間保存一個解釋過的複雜的配置文件、或具體設置的用戶等,以避免重複處理。我也曾經用共享內存的技術把一大批php腳本必須引用的一個很大的文件放入共享內存,並由此顯著提升了web服務的速度、消除了部分瓶頸。關於它的使用還有聊天室,多路廣播等等。ipc的威力取決於你的想像力的大小。如果本文對你有一點點啟發,那我不勝榮幸。願意很你討論這令人入迷的電腦技術。email: qwyaxm@163.net" target="_blank"> qwyaxm@163.net


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