往往开启多进程的目的是为了一起干活加速效率,前面说了不同进程之间的内存空间都是相互隔离的,也就说进程A是无法读或写进程B中的任何数据内容的,反之亦然。但是,有些时候,多个进程之间必须要有相互通知的机制,用职场上的话来说就叫“及时沟通”。大家都在一起做同一件事情的不同部分,彼此之间“及时沟通”是很重要的。
于是进程间通信就诞生了,英文缩写IPC,全称InterProcess Communication。
常见的进程间通信方式有:管道(分无名和有名两种)、消息队列、信号量、共享内存和socket,最后一种方式今天不提,放到后面的php socket编程中去说,重点说前四种方式。
管道是*NIX上常见的一个东西,大家平时使用linux的时候也都在用,简单理解就是|,比如ps -aux|grep php这就是管道,大概意思类似于ps进程和grep进程两个进程之间用|完成了通信。管道是一种半双工(现在也有系统已经支持全双工的管道)的工作方式,也就是说数据只能沿着管道的一个方向进行传递,不可以在同一个管道上反向传数据。管道分为两种,一种叫做未命名的管道,另一种叫做命名管道,未命名管道只能在拥有公共祖先的两个进程之间使用,简单理解就是只能用于父进程和和其子进程之间的通信,但是命名管道则可以用于任何两个毫无关连的进程之间的通信(一会儿将要演示的将是这种命名管道)。
需要特殊指出的是消息队列、信号量和共享内存这三种IPC同属于XSI IPC(XSI可以认为是POSIX标准的超集,简单粗暴理解为C++之于C)。这三种IPC在*NIX中一般都有两个“名字”来为其命名,一个叫做标志符,一个叫做键(key)。标志符是一个非负整数,每当一个IPC结构被创建然后又被销毁后,标志符便会+1一直加到整数的最大整数数值,而后又从0开始重新计算。既然是为了多进程通信使用,那么多进程在使用XSI IPC的时候就需要使用一个名字来找到相应的IPC,然后才能对其进行读写(术语叫做多个进程在同一个IPC结构上汇聚),所以POSIX建议是无论何时创建一个IPC结构,都应指定一个键(key)与之关联。一句话总结就是:标志符是XSI IPC的内部名称,键(key)是XSI IPC的外部名称。
使多个进程在XSI IPC上汇聚的方法大概有如下三种:
  • 使用指定键IPC_PRIVATE来创建一个IPC结构,然后将返回的标志符保存到一个文件中,然后进程之间通过读取这个文件中的标志符进行通信。使用公共的头文件。这么做的缺点是多了IO操作。
  • 将共同认同的键写入到公共头文件中。这么做的缺点这个键可能已经与一个IPCi结构关联,这样在使用这个键创建结构的时候就可能会出错,然后必须删除已有的IPC结构再重新创建。
  • 认同一个文件路径名和项目ID,然后使用ftok将这两个参数转换成一个键。这将是我们使用的方式。
XSI IPC结构有一个与之对应的权限结构,叫做ipc_perm,这个结构中定义了IPC结构的创建者、拥有者等。
多进程通信之一:命名管道。 在php中,创建一个管道的函数叫做posix_mkfifo(),管道创建完成后其实就是一个文件,然后就可以用任何与读写文件相关的函数对其进行操作了,代码大概演示一下:
运行结果如下:
多进程通信之二:消息队列。这个怕是很多人都听过,不过印象往往停留在kafka、rabbitmq之类的用于服务器解耦网络消息队列软件上。消息队列是消息的链接表(一种常见的数据结构),但是这种消息队列存储于系统内核中(不是用户态),一般我们外部程序使用一个key来对消息队列进行读写操作。在PHP中,是通过msg_*系列函数完成消息队列操作的。
运行结果如下:
但是,值得大家继续深入研究的是msg_send()和msg_receive()两个函数,这两个的每一个参数都是非常值得深入研究和尝试的。篇幅问题,这里就不再详细描述。
这里还需要提示一下ftok函数,不要认为第一个参数的目录被删除后,重新再建立一个同名的目录,这时候生成的key是不同了,所以确保ftok()的文件不被删除
多进程通信之三:信号量与共享内存。共享内存是最快是进程间通信方式,因为n个进程之间并不需要数据复制,而是直接操控同一份数据。实际上信号量和共享内存是分不开的,要用也是搭配着用。*NIX的一些书籍中甚至不建议新手轻易使用这种进程间通信的方式,因为这是一种极易产生死锁的解决方案。共享内存顾名思义,就是一坨内存中的区域,可以让多个进程进行读写。这里最大的问题就在于数据同步的问题,比如一个在更改数据的时候,另一个进程不可以读,不然就会产生问题。所以为了解决这个问题才引入了信号量,信号量是一个计数器,是配合共享内存使用的,一般情况下流程如下:
  • 当前进程获取将使用的共享内存的信号量
  • 如果信号量大于0,那么就表示这块儿共享资源可以使用,然后进程将信号量减1
一个进程不再使用当前共享资源情况下,就会将信号量减1。这个地方,信号量的检测并且减1是原子性的,也就说两个操作必须一起成功,这是由系统内核来实现的。
在php中,信号量和共享内存先后一共也就这几个函数:
其中,sem*是信号量相关函数,shm*是共享内存相关函数。
运行结果如下:
确切说,如果不用sem的话,上述的运行结果在一定概率下就会产生1而不是2。但是只要加入sem,那就一定保证100%是2,绝对不会出现其他数值。