PHP共享内存详解

PHP共享内存详解
前言

在PHP中有这么一族函数，他们是对UNIX的V IPC函数族的包装。

它们很少被人们用到，但是它们却很强大。巧妙的运用它们，可以让你事倍功半。

它们包括：
1. 信号量(Semaphores)
2. 共享内存(Shared Memory)
3. 进程间通信(Inter-Process Messaging, IPC)
基于这些，我们完全有可能将PHP包装成一基于消息驱动的系统。

但是，首先，我们需要介绍几个重要的基础:

1. ftok
1. int ftok ( string pathname, string proj )
2. //ftok将一个路径名pathname和一个项目名(必须为一个字符), 转化成一个整形的用来使用系统V IPC的key
2. ticks

Ticks是从PHP 4.0.3开始才加入到PHP中的，它是一个在declare代码段中解释器每执行N条低级语句就会发生的事件。N的值是在declare中的directive部分用ticks=N来指定的。
1. function getStatus($arg){
2. print_r connection_status();
4. debug_print_backtrace();
6. }
7. reigster_tick_function("getStatus", true);
9. declare(ticks=1){
11. for($i =1; $i<999; $i++){
13. echo "hello";
15. }
17. }
19. unregister_tick_function("getStatus");
这个就基本相当于：
1. function getStatus($arg){
2. print_r connection_status();
4. debug_print_backtrace();
6. }
8. reigster_tick_function("getStatus", true);
10. declare(ticks=1){
12. for($i =1; $i<999; $i++){
14. echo "hello"; getStatus(true);
16. }
18. }
20. unregister_tick_function("getStatus");
消息，我现在用一个例子来说明，如何结合Ticks来实现PHP的消息通信。
1. $mesg_key = ftok(__FILE__, 'm');
2. $mesg_id = msg_get_queue($mesg_key, 0666);
4. function fetchMessage($mesg_id){
6. if(!is_resource($mesg_id)){
8. print_r("Mesg Queue is not Ready");
10. }
12. if(msg_receive($mesg_id, 0, $mesg_type, 1024, $mesg, false, MSG_IPC_NOWAIT)){
14. print_r("Process got a new incoming MSG: $mesg ");
16. }
18. }
20. register_tick_function("fetchMessage", $mesg_id);
22. declare(ticks=2){
24. $i = 0;
26. while(++$i < 100){
28. if($i%5 == 0){
30. msg_send($mesg_id, 1, "Hi: Now Index is :". $i);
31. }
32. }
33. }
35. //msg_remove_queue($mesg_id);
在这个例子中，首先将我们的PHP执行Process加入到一个由ftok生成的Key所获得的消息队列中。

然后，通过Ticks，没隔俩个语句，就去查询一次消息队列。

然后模拟了消息发送。

在浏览器访问这个脚本，结果如下：
1. Process got a new incoming MSG: s:19:"Hi: Now Index is :5";
2. Process got a new incoming MSG: s:20:"Hi: Now Index is :10";
3. Process got a new incoming MSG: s:20:"Hi: Now Index is :15";
4. Process got a new incoming MSG: s:20:"Hi: Now Index is :20";
5. Process got a new incoming MSG: s:20:"Hi: Now Index is :25";
6. Process got a new incoming MSG: s:20:"Hi: Now Index is :30";
7. Process got a new incoming MSG: s:20:"Hi: Now Index is :35";
8. Process got a new incoming MSG: s:20:"Hi: Now Index is :40";
9. Process got a new incoming MSG: s:20:"Hi: Now Index is :45";
10. Process got a new incoming MSG: s:20:"Hi: Now Index is :50";
11. Process got a new incoming MSG: s:20:"Hi: Now Index is :55";
12. Process got a new incoming MSG: s:20:"Hi: Now Index is :60";
13. Process got a new incoming MSG: s:20:"Hi: Now Index is :65";
14. Process got a new incoming MSG: s:20:"Hi: Now Index is :70";
15. Process got a new incoming MSG: s:20:"Hi: Now Index is :75";
16. Process got a new incoming MSG: s:20:"Hi: Now Index is :80";
17. Process got a new incoming MSG: s:20:"Hi: Now Index is :85";
18. Process got a new incoming MSG: s:20:"Hi: Now Index is :90";
19. Process got a new incoming MSG: s:20:"Hi: Now Index is :95";
看到这里是不是，大家已经对怎么模拟PHP为事件驱动已经有了一个概念了？别急，我们继续完善。

2. 信号量

信号量的概念，大家应该都很熟悉。通过信号量，可以实现进程通信，竞争等。再次就不赘述了，只是简单的列出PHP中提供的信号量函数集。
1. sem_acquire -- Acquire a semaphore
2. sem_get -- Get a semaphore id
3. sem_release -- Release a semaphore
4. sem_remove -- Remove a semaphore
具体信息，可以翻阅PHP手册。

3. 内存共享

PHP sysvshm提供了一个内存共享方案:sysvshm，它是和sysvsem,sysvmsg一个系列的，但在此处，我并没有使用它，我使用的shmop系列函数，结合TIcks
1. function memoryUsage(){
2. printf("%s: %s<br/>", date("H:i:s", $now), memory_get_usage());
4. //var_dump(debug_backtrace());
6. //var_dump(__FUNCTION__);
8. //debug_print_backtrace();
10. }
12. register_tick_function("memoryUsage");
14. declare(ticks=1){
16. $shm_key = ftok(__FILE__, 's');
18. $shm_id = shmop_open($shm_key, 'c', 0644, 100);
20. }
22. printf("Size of Shared Memory is: %s<br/>", shmop_size($shm_id));
24. $shm_text = shmop_read($shm_id, 0, 100);
26. eval($shm_text);
28. if(!empty($share_array)){
30. var_dump($share_array);
32. $share_array['id'] += 1;
34. }else{
36. $share_array = array('id' => 1);
38. }
40. $out_put_str = "$share_array = " . var_export($share_array, true) .";";
42. $out_put_str = str_pad($out_put_str, 100, " ", STR_PAD_RIGHT);
44. shmop_write($shm_id, $out_put_str, 0);
46. ?>
运行这个例子，不断刷新，我们可以看到index在递增。

单单使用这个shmop就能完成一下，PHP脚本之间共享数据的功能：以及，比如缓存，计数等等。
使用场景

监控汇总

目前正在用的一个场景，针对某一台机器上的错误进行汇总并报警，我们把一分钟之内的相同报警合并成一条，用共享内存来暂存，非常实用且高效。

PHP SESSION

如果你是单机的服务，且又启用了session，那么可以把session换成共享内存的来存储，会比文件要快上不少，这里还要强调是单机，这是最大的软肋，但就功能上来讲没有memcache方便。

什么是共享内存

共享内存是一种在同一台机器的不同进程（应用程序）之间交换数据的方式。一个进程可创建一个可供其他进程访问的内存段，并赋予它相应的权限。每个内存段拥有一个惟一的ID，我们通常称之为shmid，这个ID指向一个物理内存区域，其他进程可通过此ID来操作这块内存, 包扩读取、写入以及删除。

共享内存的使用是一种在进程之间交换数据的快速方法，主要因为在创建内存段之后传递数据，不会涉及内核。这种方法常常称为进程间通信 (IPC)。其他 IPC 方法包括管道、消息队列、RPC 和套接字。

PHP 中几种常见的共享内存使用方式

APC 可以缓存 PHP 的 opcode 提高应用的性能，可以在同个 PHP-FPM 进程池的进程间共享数据，常用功能如下:

apc_store

apc_fetch

apc_add

apc_delete

apcinc apcdec

apc_cas

apcclearcache

apcsmainfo

Shmop Unix 系统共享内存使用接口常用功能:

shmop_open

shmop_close

shmop_read

shmop_write

shmop_delete

ipcs -m 查看本机共享内存的状态和统计。

ipcrm -m shmid 或 ipcrm -M shmkey 清除共享内存中的数据。

SystemV Shm常用功能:

ftok

shm_attach

shm_detach

shmputvar

shmgetvar

shmremovevar

使用共享内存需要考虑操作的原子性和锁、并行和互斥。

sem 信号量相关函数：
* semget * semremove * semacquire * semrelease

PHP 提供的 IPC 机制。

--enable-shmop 共享内存，只能按字节操作

--enable-sysvsem 信号量

--enable-sysvshm 共享内存，和 shmop 的差别是提供的操作函数不同，支持 key、value操作

--enable-sysvmsg 消息队列

本文主讲

如何使用 PHP shmop 创建和操作共享内存段，使用它们存储可供其他应用程序使用的数据。

1. 创建内存段

共享内存函数类似于文件操作函数，但无需处理一个流，您将处理一个共享内存访问 ID。第一个示例就是 shmopopen 函数，它允许您打开一个现有的内存段或创建一个新内存段。此函数非常类似于经典的 fopen 函数，后者打开用于文件操作的流，返回一个资源供其他希望读取或写入该打开的流的函数使用。让我们看看 shmopopen的用法：

<?php $key = ftok(__FILE__, 'h'); $mode = 'c'; $permissions = 0644; $size = 1024; $shmid = shmop_open($key, $mode, $permissions, $size); ?>

第一个参数（$key）：

系统建立IPC通讯（消息队列、信号量和共享内存）时必须指定一个key值。通常情况下，该key值通过ftok函数得到, * *key是一个我们逻辑上表示共享内存段的标识。不同进程只要选择同一个Key值就可以共享同一段存储段。

第二个参数（$mode）：

访问模式，它类似于fopen的访问模式，有以下几种

模式 “a”，它允许您访问只读内存段

模式 “w”，它允许您访问可读写的内存段

模式 “c”，它创建一个新内存段，或者如果该内存段已存在，尝试打开它进行读写 *模式 “n”，它创建一个新内存段，如果该内存段已存在，则会失败，返回 false，并伴随有warning: unable to attach or create shared memory segment

第三个参数（$permissions）:

内存段的权限。您必须在这里提供一个八进制值，它类似于UNIX操作系统文件和目录的操作权限。

第四个参数（$size）：

内存段大小，以字节为单位。在写入一个内存段之前，您必须在它之上分配适当的字节数。

返回结果：

此函数返回一个 ID 编号，其他函数可使用该 ID 编号操作该共享内存段。这个 ID 是共享内存访问 ID，与系统 ID 不同，它以参数的形式传递。请注意不要混淆这两者。如果失败，shmop_open 将返回 FALSE。

shmop_open成功后，使用ipcs -m, 可以查看到刚刚创建的内存段，注意申请的内存段有严格的权限，比如用root用户申请的，普通用户就无权访问

2. 向内存段写入数据

使用 shmop_write 函数向共享内存块写入数据。此函数的使用很简单，它仅接受 3 个参数，如下所示。

<?php //这里shmid可以延用上一段代码返回的shmid $shmid = shmop_open(ftok(__FILE__,'h'), 'c', 0644, 1024); shmop_write($shmid, "Hello World!", 0); ?>

这个函数类似于 fwrite 函数，在这里有三个参数。 * 第一个参数（ $s h m i d ）：是 s h m o p_{o} p e n 返回的 I D ，它识别您操作的共享内存块。 * 第二个参数（$

返回结果：此函数在失败时会返回 FALSE，在成功时会返回写入的字节数。

3. 从内存段读取数据

从共享内存段读取数据很简单。您只需要一个打开的内存段和 shmop_read 函数，它接受三个参数，如下所示：

<?php $shmid = shmop_open(ftok(\__FILE_\_,'h'), 'c', 0644, 1024); shmop_write($shmid, "Hello World!", 0); var_dump(shmop_read($shmid, 0, 11)); ?>

第一个参数（$shmid）：是 shmop_open 返回的 ID，它识别您操作的共享内存块。

第二个参数（$start）：是您希望从内存段读取的位置，这个参数可以始终为0，表示数据的开头

第三个参数（ $c o u n t ）：是您希望读取的字节数。一般情况下我们用 s h m o p_{s} i z e ($

4. 删除内存段

shmop_delete 该函数只接收一个参数，如下所示：

<?php $shmid = shmop_open(ftok(\__FILE_\_,'h'), 'c', 0644, 1024); shmop_delete($shmid); ?>

其实这个函数不会实际删除该内存段。它将该内存段标记为删除状态，因为共享内存段在有其他进程正在使用它时无法被删除。shmop_delete 函数将该内存段标记为删除，阻止任何其他进程打开它。要删除它，我们需要关闭该内存段。

5. 关闭内存段

打开一个共享内存段会 “附加” 到它。附加该内存段之后，我们可在其中进行读取和写入，但完成操作后，我们必须从它解除。

<?php $shmid = shmop_open(ftok(\__FILE_\_,'h'), 'c', 0644, 1024); shmop_write($shmid, "Hello World!", 0); shmop_delete($shmid); shmop_close($shmid); ?>

共享内存的原子操作 - 信号控制

针对共享内存的写操作本身不是原子性的，那么当我们大量并发进行读写的时候，怎么保证原子性呢，这里要引入信号量进行控制。

PHP 也提供了内置扩展 sysvsem ，其实我们在看sysvsem 提供的一系列sem*的方法的时候，就会想到，这和上面提到的shmop*有什么区别呢，我们来看官房文档中的这一个解释：PHP already had a shared memory extension (sysvshm) written by Christian Cartus cartus@atrior.de, unfortunately this extension was designed with PHP only in mind and offers high level features which are extremely bothersome for basic SHM we had in mind.

也就是说：sysvshm 扩展提供的方法在存储之前对用户的数据进行serialize处理，这里就导致这个存储的数据是无法与其它语言共享的，这一系列方法是php only的方法。

引入信号控制之后的示例：

<?php $key = ftok(_FILE_, 'h') $mode = "c"; $permissions = 0755; $size = 1024; // 内存段的大小，单位是字节 $semid = sem_get($key); # 请求信号控制权 if (sem_acquire($semid)) { $shmid = shmop_open($key, 'c', 0644, 1024); # 读取并写入数据 shmop_write($shmid, '13800138000', 0); # 关闭内存块 shmop_close($shmid); # 释放信号 sem_release($semid); }

共享内存的操作是非常快的，在本地想要模拟实现写入冲突是非常困难的，但是本地想模拟实现写入冲突实际上是非常难的（考虑到计算机的执行速度）。在本地测试中，使用 for 循环操作时如果不使用shmop_close 关闭资源会出现无法打开共享内存的错误警告。这应该是因为正在共享内存被上一次操作占用中还没有释放导致。

共享内存,memcache,文件的读写速度对比。

以下是同时读写1k的数据读写100000次的时间对比：

读(s) 写(s)

memcache 7.8 8.11

file 2.6 3.2

shm 0.1 0.07

<?php
//$key = ftok(_FILE_, 'h'); //$key = ftok('/tmp/', 'h'); $key = 0xff4; $permissions = 0755; $size = 1024; // 内存段的大小，单位是字节 $semid = sem_get($key); # 请求信号控制权 if (sem_acquire($semid)) { $content = file_get_contents(__FILE__); $shmid = shmop_open($key, 'c', 0644, strlen($content)); # 读取并写入数据 shmop_write($shmid, $content, 0); # 关闭内存块 shmop_close($shmid); # 释放信号 sem_release($semid); }

<?php /** * @param $fn */ function profile(callable $fn) { $t = microtime(1); $i = 0; while ($i < 999) { $fn(); ++$i; } var_dump('takes ', microtime(1) - $t); } $fnIO = function (){ file_get_contents(__DIR__."/chmop_create.php"); }; $fn = function (){ //$key = ftok('chmop', 'h'); //$key = ftok('/tmp/', 'h'); $key = 0xff4; $permissions = 0755; $size = 1024; // 内存段的大小，单位是字节 $semid = sem_get($key); # 请求信号控制权 if (sem_acquire($semid)) { $shmid = shmop_open($key, 'a', 0644, 1024); # 读取并写入数据 $out = shmop_read($shmid, 0, shmop_size($shmid)); # 关闭内存块 // var_dump($out); // echo $out; shmop_close($shmid); # 释放信号 sem_release($semid); } }; profile($fn); profile($fnIO);

这是Mac Pro 2014上的结果：

这是ali ECS的结果：

可见，现代磁盘优化比咱们老观念中的性能要好些了~

但利用内存依然是个不错的玩法~
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原文地址：https://www.cnblogs.com/sunsky303/p/9094795.html

	读(s)	写(s)
memcache	7.8	8.11
file	2.6	3.2
shm	0.1	0.07

PHP共享内存详解

前言

使用场景

监控汇总

PHP SESSION

什么是共享内存

PHP 中几种常见的共享内存使用方式

Shmop Unix 系统共享内存使用接口常用功能:

ipcs -m 查看本机共享内存的状态和统计。

ipcrm -m shmid 或 ipcrm -M shmkey 清除共享内存中的数据。

SystemV Shm常用功能:

PHP 提供的 IPC 机制。

本文主讲

1. 创建内存段

第一个参数（$key）：

第二个参数（$mode）：

第三个参数（$permissions）:

第四个参数（$size）：

返回结果：

2. 向内存段写入数据

3. 从内存段读取数据

4. 删除内存段

5. 关闭内存段

共享内存的原子操作 - 信号控制

共享内存,memcache,文件的读写速度对比。