簡單了解php進(jìn)程通信之信號量

本篇文章給大家?guī)砹岁P(guān)于PHP的相關(guān)知識，信號量又稱為信號燈、旗語 用來解決進(jìn)程（線程同步的問題），類似于一把鎖，訪問前獲取鎖（獲取不到則等待），訪問后釋放鎖，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，希望對大家有幫助。

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常見進(jìn)程通信方式

一些理論基礎(chǔ)

• 臨界資源：每次僅允許一個(gè)進(jìn)程訪問的資源。
• 臨界區(qū)：每個(gè)進(jìn)程中訪問臨界資源的那段代碼叫臨界區(qū)

所謂臨界區(qū)（也稱為臨界段）就是訪問和操作共享數(shù)據(jù)的代碼段。

進(jìn)程互斥：兩個(gè)或以上的進(jìn)程不能同時(shí)進(jìn)入關(guān)于同一組共享變量的臨界區(qū)域，即一個(gè)進(jìn)程正在訪問臨界資源，另一個(gè)進(jìn)程要想訪問必須等待。

進(jìn)程同步：主要研究如何確定數(shù)個(gè)進(jìn)程之間的執(zhí)行順序和避免數(shù)據(jù)競爭的問題 即，如何讓多個(gè)進(jìn)程能一塊很好的協(xié)作運(yùn)行

所謂同步，就是并發(fā)進(jìn)程/線程在一些關(guān)鍵點(diǎn)上可能需要互相等待與互通消息，這種相互制約的等待與互通信息稱為進(jìn)程/線程同步。

舉個(gè)生活的同步例子，你肚子餓了想要吃飯，你叫媽媽早點(diǎn)做菜，媽媽聽到后就開始做菜，但是在媽媽沒有做完飯之前，你必須阻塞等待，等媽媽做完飯后，自然會(huì)通知你，接著你吃飯的事情就可以進(jìn)行了。

注意，同步與互斥是兩種不同的概念：

同步就好比：「操作 A 應(yīng)在操作 B 之前執(zhí)行」，「操作 C 必須在操作 A 和操作 B 都完成之后才能執(zhí)行」等；

互斥就好比：「操作 A 和操作 B 不能在同一時(shí)刻執(zhí)行」；

system V 信號量

信號量用途：主要用于多進(jìn)程或多線程對公共資源對象的訪問控制。 用來解決多進(jìn)程（多線程同步的問題），類似于一把鎖，訪問前獲取鎖（獲取不到則等待），訪問后釋放鎖。

多進(jìn)程/多線程一般是并發(fā)執(zhí)行，如果對公共資源訪問沒有做同步處理，很容易造成數(shù)據(jù)破壞

信號量其實(shí)是一個(gè)整型的計(jì)數(shù)器，主要用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的互斥與同步，而不是用于緩存進(jìn)程間通信的數(shù)據(jù)。

信號量表示資源的數(shù)量，控制信號量的方式有兩種原子操作：

一個(gè)是 P 操作，這個(gè)操作會(huì)把信號量減去 -1，相減后如果信號量 < 0，則表明資源已被占用，進(jìn)程需阻塞等待；相減后如果信號量 >= 0，則表明還有資源可使用，進(jìn)程可正常繼續(xù)執(zhí)行。

另一個(gè)是 V 操作，這個(gè)操作會(huì)把信號量加上 1，相加后如果信號量 <= 0，則表明當(dāng)前有阻塞中的進(jìn)程，于是會(huì)將該進(jìn)程喚醒運(yùn)行；相加后如果信號量 > 0，則表明當(dāng)前沒有阻塞中的進(jìn)程；

P 操作是用在進(jìn)入共享資源之前，V 操作是用在離開共享資源之后，這兩個(gè)操作是必須成對出現(xiàn)的。

舉個(gè)類比，2 個(gè)資源的信號量，相當(dāng)于 2 條火車軌道，PV 操作如下圖過程：

一輛火車進(jìn)入軌道，相當(dāng)于信號量的P操作，資源-1，這樣就剩下一條軌道

接著又一輛火車占用另一條軌道，也就是P操作，資源-1

此時(shí)交通信號燈變?yōu)榧t色，因?yàn)闆]有軌道可用，第三輛火車必須等待

第一輛火車離開軌道，相當(dāng)于V操作，此時(shí)軌道資源為1，交通燈變?yōu)榫G燈

第三輛火車發(fā)現(xiàn)交通信號燈變綠，于是進(jìn)入火車軌道，軌道資源耗盡為0，于是交通信號燈變?yōu)榧t燈

在這個(gè)火車軌道系統(tǒng)中，軌道是公共資源，每輛火車好比一個(gè)線程，交通信號燈起的就是信號量的作用。信號量可以實(shí)現(xiàn)鎖的互斥操作，也可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程/線程同步

信號量類型

1）二進(jìn)制信號量（也叫二值信號量）

此時(shí)信號量的初值只能是0和1。（二進(jìn)制信號量可以實(shí)現(xiàn)互斥鎖操作）

2）一般/計(jì)數(shù)信號量

此時(shí)信號量的初值可以是任意非負(fù)數(shù)。顯然，其包含二進(jìn)制信號量。上面舉的火車軌道例子就可以使用計(jì)數(shù)信號量來實(shí)現(xiàn)，一般計(jì)數(shù)信號量與鎖的區(qū)別是它可以允許多個(gè)線程/進(jìn)程（線程的數(shù)量由計(jì)數(shù)信號量初值定義） 同時(shí)操作公共資源

一般只有在開發(fā)多進(jìn)程的時(shí)候才可能遇到需要使用信號量的場景，phper 幾乎很少有使用信號量的場景，就算有多進(jìn)程對公共資源操作，大多也是使用 flock 文件鎖做互斥操作

php模擬多進(jìn)程操作公共資源

<?php $file = "num.txt";//定一個(gè)空文件 $count =0; file_put_contents($file,$count);  $pid = pcntl_fork();//fork 一個(gè)進(jìn)程  if($pid == 0){//子進(jìn)程執(zhí)行邏輯     $x = (int)file_get_contents($file);//讀取文件內(nèi)容     //i 循環(huán)累加     for($i=0; $i<1000; $i++){         $x = $x + 1;     }     //寫入文件     file_put_contents($file,$x);     //子進(jìn)程退出     exit(0); } //父進(jìn)程執(zhí)行邏輯 $x = (int)file_get_contents($file); for($i=0; $i<1000; $i++){     $x = $x+1; } //累加寫入 file_put_contents($file,$x);

在編寫一個(gè)shell 腳本輔助

#!/bin/bash for a in {1..1000} do     (php demo1.php)     b=`cat num.txt`     if [ $b != 2000 ]     then         echo -e "錯(cuò)誤$b"     fi done

按理來說，變量 $x 最后寫入文件的值應(yīng)該是2000，但很不幸，并不是如此，我們對上面的腳本執(zhí)行一下：

運(yùn)行了1000次，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了變量$x值結(jié)果是 1000 的有8次，雖然發(fā)生錯(cuò)誤的概率比較小，但是在計(jì)算機(jī)里是不能容忍的。

為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況，我們知道單核cpu系統(tǒng)里為了實(shí)現(xiàn)多個(gè)程序同時(shí)運(yùn)行的假象，操作系統(tǒng)通常都采用時(shí)間片調(diào)度，一個(gè)進(jìn)程時(shí)間片用完就切換下一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行，加上我們的高級語言不是每一行代碼都是原子性的，比如x = (int)file_get_contents($file) 這行代碼對于我們來說是不可分割是原子性的，但是經(jīng)過編譯器編譯成匯編碼【機(jī)器指令】可能是多條指令實(shí)現(xiàn)，這樣就會(huì)出現(xiàn)問題，如果指令只執(zhí)行到一半進(jìn)程分配的時(shí)間片用完或者被其他進(jìn)程打斷，都有可能造成數(shù)據(jù)損壞，導(dǎo)致最后計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)誤差

使用php封裝system v 信號量集函數(shù)

<?php $file = "num.txt";//定一個(gè)空文件 $count =0; $key = ftok("demo1.php","x"); $sem_id = sem_get($key,1);// 第二個(gè)參數(shù)是個(gè)整數(shù)，表示設(shè)置信號量集，設(shè)置為1 把它當(dāng)做二值信號量來用，用于互斥 file_put_contents($file,$count); $pid = pcntl_fork();//fork 一個(gè)進(jìn)程 if($pid == 0){//子進(jìn)程執(zhí)行邏輯 sem_acquire($sem_id); // P -1 操作 獲取一個(gè)信號量 ， 如果為0表示資源被占用進(jìn)程掛起等待信號量釋放     $x = (int)file_get_contents($file);//讀取文件內(nèi)容     //i 循環(huán)累加     for($i=0; $i<1000; $i++){         $x = $x + 1;     }     //寫入文件     file_put_contents($file,$x);        sem_release($sem_id); //V +1 操作 釋放信號量     //子進(jìn)程退出     exit(0); } //父進(jìn)程執(zhí)行邏輯 sem_acquire($sem_id); // P -1 操作  獲取信號量， 如果為0表示資源被占用進(jìn)程掛起等待信號量釋放 $x = (int)file_get_contents($file); for($i=0; $i<1000; $i++){     $x = $x+1; } //累加寫入 file_put_contents($file,$x); sem_release($sem_id); //V +1 操作 釋放信號量

加入信號量后，那就一定保證100%是2000，絕對不會(huì)出現(xiàn)其他數(shù)值。

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