PHP中實作進程間通訊_PHP教程

PHP中實作進程間通訊

邱文宇  

本文將討論在PHP4環境中如何使用進程間通訊機制－IPC(Inter-Process-Communication)。本文討論的軟體環境是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可以使用共享記憶體和信號量，必須在編譯php4程式時啟動shmop和sysvsem這兩個擴充模組。
實作方法：在PHP設定(configure)時加入下列選項。
--enable-shmop --enable-sysvsem  
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：它們分別是共享記憶體、信號量和訊息佇列。本文中我們主要討論共享記憶體和信號量的使用。關於訊息隊列，筆者在不久的將來還會專門介紹。
在PHP中使用共享記憶體段
在不同的處理進程之間使用共享記憶體是實現不同進程之間相互通訊的好方法。如果你在一個行程中向所共享的記憶體寫入一段訊息，那麼所有其他的行程也可以看到這段被寫入的資料。非常方便。在PHP中有了共享記憶體的幫助，你可以實現不同進程在運行同一段PHP腳本時回傳不同的結果。或實現對PHP同時運行數量的即時查詢等等。
共享記憶體允許兩個或多個進程共享一給定的儲存區。因為資料不需要在客戶機和伺服器之間複製，所以這是最快的一種IPC。使用共享記憶體的唯一竅門是多個進程對一給定儲存區的同步存取。
如何建立一個共享記憶體段呢？下面的程式碼可以幫你建立共享記憶體。
$shm_id = shmop_open($key, $mode, $perm, $size);
注意，每個共享記憶體段都有一個唯一的ID, 在PHP中，shmop_open會把建立好的共享內存段的ID返回，這裡我們用$shm_id記錄它。而$key是一個我們邏輯上表示共享記憶體段的Key值。不同行程只要選擇同一個Key id就可以共用同一段儲存段。習慣上我們用一個字串（類似檔案名稱一樣的東西）的雜湊值作為key id. $mode指明了共享記憶體段的使用方式。這裡由於是新建，因此值為'c' –取create之意。如果你是存取已經建立過的共享記憶體那麼請用'a',-- 取access之意。 $perm參數定義了存取的權限，8進制，關於權限定義請看UNIX檔案系統幫助。 $size定義了共享記憶體的大小。儘管有點象fopen(文件處理)你可不要當它同文件處理一樣。後面的描述你將會看到一點。
例如：
$shm_id = shmop_open(0xff3, "c", 0644, 100);
這裡我們開啟了一個共享記憶體段鍵值0xff3 –rw-r—r—格式，大小為100位元組.
如果需要存取已有的共享記憶體段，你必須在呼叫shmop_open中設第3、4個參數為0。
IPC工作狀態的查詢
在Unix下，你可以用一個命令列程式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。  


上圖中系統顯示了4個共享記憶體段，注意其中第4個鍵值為0x00000ff3的就是我們剛剛執行過的PHP程式所創建的。關於ipcs的用法請參考UNIX使用手冊。
如何釋放共享記憶體呢
釋放共享記憶體的辦法是呼叫PHP指令:shmop_delete($id)
shmop_delete($id);
$id 就是你呼叫shmop_open所存的shmop_op的回傳值。還有一個方法就是用UNIX的管理指令:
ipcrm id, id就是你用ipcs看到的ID.和你程式中的$id不一樣。不過要小心，如果你用ipcrm直接刪除共享記憶體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)共享記憶體呢
使用如下所示函數向共享記憶體寫入資料
int shmop_write (int shmid, string data, int offset)
其中shmid是用shmop_open的句柄。 $Data變數存放了要存放的資料。 $offset描述了寫入從共享記憶體的開始第一個位元組的位置（以0開始）。
讀取操作是：
string shmop_read (int shmid, int start, int count)
同樣，指明$shmid,開始偏移量（以0開始）、總讀取數。傳回結果串。這樣，你就可以把共享記憶體段當作是一個位元組數組。讀幾個再寫幾個，想幹嘛就幹嘛，十分方便。
多重進程問題的考量
現在，在單獨的一玫揭桓齟砦蟮氖藎蛭枚文詔娼贍蓯親諦痰籩枚文諤娼賁賃蓓踔潦怯?個進程寫入的資料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。互斥機制在許多作業系統的教材上都有專門講述，這裡不多重複。實現互斥機制最簡單的方法就是使用號誌燈。信號量是另一種進程間通訊(IPC)的方式，它與其他IPC機構(管道、FIFO、訊息佇列)不同。它是一個記數器，用於控制多進程對共享資料的儲存。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建立一個新的信號量並傳回操作該信號量的句柄。如果該key指向的信號量已經存在，sem_get直接傳回操作該信號量的句柄。
int sem_get (int key [, int max_acquire ][, int perm]])
$max_acquire 指明同時最多可以用幾個行程進入該訊號而不必等待該訊號被釋放（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指明了存取權限。
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, 系統將把該訊號值減一。如果小於0那就還設為0。而當你執行請求操作時，系統將把該訊號值加一，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，如果初值是任一個正數就表示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 sem_acquire (int sem_identifier) 申請
int sem_release (int sem_identifier) 釋放
其中sem_identifier是呼叫sem_get的傳回值（句柄）。  
一個簡單的互斥協議範例
以下是一段很簡單的互斥操作規程。
$semid=sem_get(0xee3,1,0666);
$shm_id = shmop_open(0xff3, "c", 0644, 100);
sem_acquire($semid);申請
/* 進入臨界區*/
這裡，對共享記憶體進行處理
sem_release($semid); //釋放
如你所看到的，互斥的實作很簡單：申請進入臨界區，對臨界區資源進行操作（例如修改共享記憶體）退出臨界區並釋放訊號。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記憶體進行操作。因為信號量機制保證一個時間片只能由一個行程進入，其他行程必須等待目前處理的程序完成後方能進入。
臨界區一般是指那些不允許同時有多個行程並發處理的程式碼區段。
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程序所佔用的訊號。在寫臨界區程式碼一定要小心設計資源的分配，避免A等B，B等A的死鎖狀況發生。  
運送用
IPC的運用是十分廣泛的。例如，在不同進程間保存一個解釋過的複雜的設定檔、或具體設定的使用者等，以避免重複處理。我也曾經用共享記憶體的技術把一大批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。如果這篇文章對你有一點啟發，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

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