php进程通信之共享内存详细讲解

常见进程通信方式

system V共享内存

现代操作系统，对于内存管理，采用的是虚拟内存技术，也就是每个进程都有自己独立的虚拟内存空间，不同进程的虚拟内存映射到不同的物理内存中。所以，即使进程 A 和进程 B 的虚拟地址是一样的，其实访问的是不同的物理内存地址，对于数据的增删查改互不影响。

共享内存的机制，就是拿出一块虚拟地址空间来，映射到相同的物理内存中。这样这个进程写入的东西，另外一个进程马上就能看到了，不需要经过数次的拷贝（比如从输入缓冲区中拷贝到文件中、再拷贝到输出缓冲区中等），大大提高了进程间通信的速度。

在所有进程间通信的方式中共享内存的效率是最高的。

共享内存操作默认不阻塞，如果多个进程同时读写共享内存，可能出现数据混乱，共享内存需要借助其他机制来保证进程间的数据同步，比如：上期讲信号量，共享内存内部没有提供这种同步机制。

通过上图可知，共享内存是通过将不同进程的虚拟内存地址映射到相同的物理内存地址来实现的

页表是一种特殊的数据结构，放在系统空间的页表区，存放逻辑页（虚拟内存）与物理页帧（物理内存）的对应关系。每一个进程都拥有一个自己的页表。

php使用共享内存

php 提供了两套操作共享内存的扩展，两套扩展都实现了相同的功能，用哪个看你喜欢

https://www.php.net/manual/en/ref.shmop.php

https://www.php.net/manual/en/ref.sem.php

共享内存基本函数使用

<?php
$key = ftok('demo1.php','x'); //将路径名和项目标识符转换为System V IPC键
$shm_id = shm_attach($key,1024,0666);//创建一个大小为1024字节的共享内存存段，权限为0666，并且将共享内存映射关联到当前进程的地址空间
shm_put_var($shm_id,1,'hello world');//往共享内存里写入数据
echo "共享内存：".shm_get_var($shm_id,1).PHP_EOL;//读取共享内存里数据

父子进程通信

<?php
$key = ftok('demo4.php','x');
// $shm_id 它对应当前进程的地址空间，实际是映射连接了系统分配的共享区域（共享内存）
$shm_id = shm_attach($key,1024,0666);//创建一个大小为1024字节的共享内存存段，权限为0666，并且将共享内存映射关联到当前进程的地址空间
$pid = pcntl_fork();// fork 子进程
if($pid == 0){//子进程运行逻辑
   echo shm_get_var($shm_id,1).PHP_EOL;//读取共享内存数据
	exit(0);
}
//父进程运行逻辑
shm_put_var($shm_id,1,'hello world');//写入数据到共享内存,第三个参数可以传入任意数据类型
pcntl_wait($status);//等待子进程退出释放资源，防止僵尸进程
// 删除共享内存是有顺序的，先remove后detach，顺序反过来php可能会报错
shm_remove($shm_id);//从系统中移除共享内存
shm_detach($shm_id);//断开进程与共享内存的映射关系

配合信号量使用

<?php
// sem key
$sem_key = ftok( __FILE__, 'b' );//信号量key
$sem_id = sem_get( $sem_key );//获取信号量
// shm key
$shm_key = ftok( __FILE__, 'm' );//共享内存key
$shm_id = shm_attach( $shm_key, 1024, 0666 );//创建一个大小为1024字节的共享内存存段，权限为0666，并且将共享内存映射关联到当前进程的地址空间
$child_pid = [];
// fork 2 子进程
for( $i = 1; $i <= 2; $i++ ){
  $pid = pcntl_fork();  
  if( $pid < 0 ){
    exit();
  } else if( 0 == $pid ) {//子进程运行逻辑
	// 获取锁
	sem_acquire( $sem_id );
	// 检测共享内存是否有值
	if( shm_has_var( $shm_id, 1) ){
	  //shm_get_var第二参数必须是int型
	  $counter = shm_get_var( $shm_id, 1);
	  $counter += 1;
	  shm_put_var( $shm_id, 1, $counter );//写入共享内存
	} else {
	  $counter = 1;
	  shm_put_var( $shm_id, 1, $counter );//写入共享内存
	}
	// 释放锁，一定要记得释放，不然就一直会被阻锁死
	sem_release( $sem_id );
	exit;
  } else if( $pid > 0 ) {//父进程运行逻辑
    $child_pid[] = $pid;
  }
}
while( !empty( $child_pid ) ){
  foreach( $child_pid as $pid_key => $pid_item ){
        $wait_result=pcntl_waitpid( $pid_item, $status, WNOHANG );
	//必须判断子进程回收的状态,如果不加判断,第一次两个子进程返回都是0,直接unset后会无法进入while,导致僵尸进程
        if($wait_result == -1 || $wait_result > 0)
	unset( $child_pid[ $pid_key ] );
  }
}
// 休眠2秒钟，2个子进程都执行完毕了
sleep( 2 );
echo '最终结果'.shm_get_var( $shm_id, 1 ).PHP_EOL;
// 删除共享内存是有顺序的，先remove后detach，顺序反过来php可能会报错
shm_remove( $shm_id );
shm_detach( $shm_id );

运行结果：

如果不使用信号量，运行结果有一定概率会产生1而不是2。但是只要加入信号量sem，就一定保证100%是2，绝对不会出现其他数值。

非血缘关系进程共享内存通信

我们使用php 提供的另一套扩展来实现

写进程

<?php
$key = ftok('a.php','x');
$shm_id = shmop_open($key,'c',0664,1204);//创建一个大小为1024字节的共享内存存段，权限为0666，并且将共享内存映射关联到当前进程的地址空间, 第二个参数为 'c' 表示共享内存段不存在就创建，存在就直接连接打开
shmop_write($shm_id,'学无止境',0); // 写入数据 ，第三个参数代表写入数据的偏移量

读进程

<?php
$key = ftok('a.php','x');
$shm_id = shmop_open($key,'c',0664,1204);//创建一个大小为1024字节的共享内存存段，权限为0666，并且将共享内存映射关联到当前进程的地址空间, 第二个参数为 'c' 表示共享内存段不存在就创建，存在就直接连接打开
echo shmop_read($shm_id,0,20).PHP_EOL; //读取共享段内容，第二个参数读取内存偏移量，第三个参数是要读取的字节数
shmop_delete($shm_id);//从系统中删除共享内存段

共享内存的特性

生命周期跟随操作系统

可以通过ipcs命令查看共享内存

共享内存采用的是覆盖写的方式，读的时候，是访问地址。

覆盖写可以理解为，再次往共享内存中写的时候，会先将共享内存中的内容清空，再写入。

读的时候，是访问地址，区别于管道是将数据读走了，而在共享内存中读的时候并没有将数据读走，仅仅是访问地址。