PHP进程及进程间通信

一、引言

进程是一个具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。换句话说就是，在系统调度多个cpu的时候，一个程序的基本单元。进程对于大多数的语言都不是一个陌生的概念，作为"世界上最好的语言PHP"当然也例外。

二、环境

php中的进程是以扩展的形式来完成。通过这些扩展，我们能够很轻松的完成进程的一系列动作。

• pcntl扩展：主要的进程扩展，完成进程创建于等待操作。
• posix扩展：完成posix兼容机通用api,如获取进程id,杀死进程等。
• sysvmsg扩展：实现system v方式的进程间通信之消息队列。
• sysvsem扩展：实现system v方式的信号量。
• sysvshm扩展：实现system v方式的共享内存。
• sockets扩展：实现socket通信。

这些扩展只能在linux/mac中使用，window下是不支持。最后建议php版本为5.5+。

三、简单的例子

一个简单的PHP多进程例子，该例子中，一个子进程，一个父进程。子进程输出5次，退出程序。

$parentPid = posix_getpid();
echo "parent progress pid:{$parentPid}
";
$childList = array();
$pid = pcntl_fork();
if ( $pid == -1) {
    // 创建失败
    exit("fork progress error!
");
} else if ($pid == 0) {
    // 子进程执行程序
    $pid = posix_getpid();
    $repeatNum = 5;
    for ( $i = 1; $i <= $repeatNum; $i++) {
        echo "({$pid})child progress is running! {$i} 
";
        $rand = rand(1,3);
        sleep($rand);
    }
    exit("({$pid})child progress end!
");
} else {
    // 父进程执行程序
    $childList[$pid] = 1;
}
// 等待子进程结束
pcntl_wait($status);
echo "({$parentPid})main progress end!";

完美，终于创建了一个子进程，一个父进程。完了么？没有，各个进程之间相互独立的，没有任何交集，使用范围严重受到现在。怎么办，哪就进程间通信(interprogress communication)呗。

四、进程间通信（IPC）

通常linux中的进程通信方式有：消息队列、信号量、共享内存、信号、管道、socket。

1.消息队列

消息队列是存放在内存中的一个队列。如下代码将创建3个生产者子进程，2个消费者子进程。这5个进程将通过消息队列通信。

$parentPid = posix_getpid();
echo "parent progress pid:{$parentPid}
";$childList = array();
// 创建消息队列,以及定义消息类型(类似于数据库中的库)
$id = ftok(__FILE__,'m');
$msgQueue = msg_get_queue($id);
const MSG_TYPE = 1;
// 生产者
function producer(){
    global $msgQueue;
    $pid = posix_getpid();
    $repeatNum = 5;
    for ( $i = 1; $i <= $repeatNum; $i++) {
        $str = "({$pid})progress create! {$i}";
        msg_send($msgQueue,MSG_TYPE,$str);
        $rand = rand(1,3);
        sleep($rand);
    }
}
// 消费者
function consumer(){
    global $msgQueue;
    $pid = posix_getpid();
    $repeatNum = 6;
    for ( $i = 1; $i <= $repeatNum; $i++) {
        $rel = msg_receive($msgQueue,MSG_TYPE,$msgType,1024,$message);
        echo "{$message} | consumer({$pid}) destroy 
";
        $rand = rand(1,3);
        sleep($rand);
    }
}
function createProgress($callback){
    $pid = pcntl_fork();
    if ( $pid == -1) {
        // 创建失败
        exit("fork progress error!
");
    } else if ($pid == 0) {
        // 子进程执行程序
        $pid = posix_getpid();
        $callback();
        exit("({$pid})child progress end!
");
    }else{
        // 父进程执行程序
        return $pid;
    }
}
// 3个写进程
for ($i = 0; $i < 3; $i ++ ) {
    $pid = createProgress('producer');
    $childList[$pid] = 1;
    echo "create producer child progress: {$pid} 
";
}
// 2个写进程
for ($i = 0; $i < 2; $i ++ ) {
    $pid = createProgress('consumer');
    $childList[$pid] = 1;
    echo "create consumer child progress: {$pid} 
";
}
// 等待所有子进程结束
while(!empty($childList)){
    $childPid = pcntl_wait($status);
    if ($childPid > 0){
        unset($childList[$childPid]);
    }
}
echo "({$parentPid})main progress end!
";

由于消息队列去数据是，只有一个进程能去到，所以不需要额外的锁或信号量。

2. 信号量与共享内存

信号量：是系统提供的一种原子操作，一个信号量，同时只有你个进程能操作。一个进程获得了某个信号量，就必须被该进程释放掉。

共享内存：是系统在内存中开辟的一块公共的内存区域，任何一个进程都可以访问，在同一时刻，可以有多个进程访问该区域，为了保证数据的一致性，需要对该内存区域加锁或信号量。

以下，创建多个进程修改内存中的同一个值。

$parentPid = posix_getpid();
echo "parent progress pid:{$parentPid}
";
$childList = array();

// 创建共享内存,创建信号量,定义共享key
$shm_id = ftok(__FILE__,'m');
$sem_id = ftok(__FILE__,'s');
$shareMemory = shm_attach($shm_id);
$signal = sem_get($sem_id);
const SHARE_KEY = 1;
// 生产者
function producer(){
    global $shareMemory;
    global $signal;
    $pid = posix_getpid();
    $repeatNum = 5;
    for ( $i = 1; $i <= $repeatNum; $i++) {
        // 获得信号量
        sem_acquire($signal);

        if (shm_has_var($shareMemory,SHARE_KEY)){
            // 有值,加一
            $count = shm_get_var($shareMemory,SHARE_KEY);
            $count ++;
            shm_put_var($shareMemory,SHARE_KEY,$count);
            echo "({$pid}) count: {$count}
";
        }else{
            // 无值,初始化
            shm_put_var($shareMemory,SHARE_KEY,0);
            echo "({$pid}) count: 0
";
        }
        // 用完释放
        sem_release($signal);

        $rand = rand(1,3);
        sleep($rand);
    }
}
function createProgress($callback){
    $pid = pcntl_fork();
    if ( $pid == -1) {
        // 创建失败
        exit("fork progress error!
");
    } else if ($pid == 0) {
        // 子进程执行程序
        $pid = posix_getpid();
        $callback();
        exit("({$pid})child progress end!
");
    }else{
        // 父进程执行程序
        return $pid;
    }
}
// 3个写进程
for ($i = 0; $i < 3; $i ++ ) {
    $pid = createProgress('producer');
    $childList[$pid] = 1;
    echo "create producer child progress: {$pid} 
";
}
// 等待所有子进程结束
while(!empty($childList)){
    $childPid = pcntl_wait($status);
    if ($childPid > 0){
        unset($childList[$childPid]);
    }
}
// 释放共享内存与信号量
shm_remove($shareMemory);
sem_remove($signal);
echo "({$parentPid})main progress end!
";

3.信号

信号是一种系统调用。通常我们用的kill命令就是发送某个信号给某个进程的。具体有哪些信号可以在liunx/mac中运行kill -l查看。下面这个例子中，父进程等待5秒钟，向子进程发送sigint信号。子进程捕获信号，掉信号处理函数处理。

$parentPid = posix_getpid();
echo "parent progress pid:{$parentPid}
";

// 定义一个信号处理函数
function sighandler($signo) {
    $pid = posix_getpid();
    echo "{$pid} progress,oh no ,I'm killed!
";
    exit(1);
}

$pid = pcntl_fork();
if ( $pid == -1) {
    // 创建失败
    exit("fork progress error!
");
} else if ($pid == 0) {
    // 子进程执行程序
    // 注册信号处理函数
    declare(ticks=10);
    pcntl_signal(SIGINT, "sighandler");
    $pid = posix_getpid();
    while(true){
        echo "{$pid} child progress is running!
";
        sleep(1);
    }
    exit("({$pid})child progress end!
");
}else{
    // 父进程执行程序
    $childList[$pid] = 1;
    // 5秒后,父进程向子进程发送sigint信号.
    sleep(5);
    posix_kill($pid,SIGINT);
    sleep(5);
}
echo "({$parentPid})main progress end!
";

4.管道（有名管道）

管道是比较常用的多进程通信手段，管道分为无名管道与有名管道，无名管道只能用于具有亲缘关系的进程间通信，而有名管道可以用于同一主机上任意进程。这里只介绍有名管道。下面的例子，子进程写入数据，父进程读取数据。

// 定义管道路径,与创建管道
$pipe_path = '/data/test.pipe';
if(!file_exists($pipe_path)){
    if(!posix_mkfifo($pipe_path,0664)){
        exit("create pipe error!");
    }
}
$pid = pcntl_fork();
if($pid == 0){
    // 子进程,向管道写数据
    $file = fopen($pipe_path,'w');
    while (true){
        fwrite($file,'hello world');
        $rand = rand(1,3);
        sleep($rand);
    }
    exit('child end!');
}else{
    // 父进程,从管道读数据
    $file = fopen($pipe_path,'r');
    while (true){
        $rel = fread($file,20);
        echo "{$rel}
";
        $rand = rand(1,2);
        sleep($rand);
    }
}

5.socket

socket即我们常说的套接字编程。这个待补充。