php进程通信之信号量浅析介绍

 更新时间:2022年8月29日 22:33  点击:40 作者:大雷编程

常见进程通信方式

一些理论基础

  • 临界资源:每次仅允许一个进程访问的资源。
  • 临界区:每个进程中访问临界资源的那段代码叫临界区

所谓临界区(也称为临界段)就是访问和操作共享数据的代码段。

进程互斥:两个或以上的进程不能同时进入关于同一组共享变量的临界区域,即一个进程正在访问临界资源,另一个进程要想访问必须等待。

进程同步:主要研究如何确定数个进程之间的执行顺序和避免数据竞争的问题 即,如何让多个进程能一块很好的协作运行

所谓同步,就是并发进程/线程在一些关键点上可能需要互相等待与互通消息,这种相互制约的等待与互通信息称为进程/线程同步。

举个生活的同步例子,你肚子饿了想要吃饭,你叫妈妈早点做菜,妈妈听到后就开始做菜,但是在妈妈没有做完饭之前,你必须阻塞等待,等妈妈做完饭后,自然会通知你,接着你吃饭的事情就可以进行了。

注意,同步与互斥是两种不同的概念:

同步就好比:「操作 A 应在操作 B 之前执行」,「操作 C 必须在操作 A 和操作 B 都完成之后才能执行」等;

互斥就好比:「操作 A 和操作 B 不能在同一时刻执行」;

system V 信号量

信号量用途:主要用于多进程或多线程对公共资源对象的访问控制。 用来解决多进程(多线程同步的问题),类似于一把锁,访问前获取锁(获取不到则等待),访问后释放锁。

多进程/多线程一般是并发执行,如果对公共资源访问没有做同步处理,很容易造成数据破坏

信号量其实是一个整型的计数器,主要用于实现进程间的互斥与同步,而不是用于缓存进程间通信的数据。

信号量表示资源的数量,控制信号量的方式有两种原子操作:

一个是 P 操作,这个操作会把信号量减去 -1,相减后如果信号量 < 0,则表明资源已被占用,进程需阻塞等待;相减后如果信号量 >= 0,则表明还有资源可使用,进程可正常继续执行。

另一个是 V 操作,这个操作会把信号量加上 1,相加后如果信号量 <= 0,则表明当前有阻塞中的进程,于是会将该进程唤醒运行;相加后如果信号量 > 0,则表明当前没有阻塞中的进程;

P 操作是用在进入共享资源之前,V 操作是用在离开共享资源之后,这两个操作是必须成对出现的。

举个类比,2 个资源的信号量,相当于 2 条火车轨道,PV 操作如下图过程:

一辆火车进入轨道,相当于信号量的P操作,资源-1,这样就剩下一条轨道

接着又一辆火车占用另一条轨道,也就是P操作,资源-1

此时交通信号灯变为红色,因为没有轨道可用,第三辆火车必须等待

第一辆火车离开轨道,相当于V操作,此时轨道资源为1,交通灯变为绿灯

第三辆火车发现交通信号灯变绿,于是进入火车轨道,轨道资源耗尽为0,于是交通信号灯变为红灯

在这个火车轨道系统中,轨道是公共资源,每辆火车好比一个线程,交通信号灯起的就是信号量的作用。信号量可以实现锁的互斥操作,也可以实现进程/线程同步

信号量类型

1)二进制信号量(也叫二值信号量)

此时信号量的初值只能是0和1。(二进制信号量可以实现互斥锁操作)

2)一般/计数信号量

此时信号量的初值可以是任意非负数。显然,其包含二进制信号量。上面举的火车轨道例子就可以使用计数信号量来实现,一般计数信号量与锁的区别是它可以允许多个线程/进程(线程的数量由计数信号量初值定义) 同时操作公共资源

一般只有在开发多进程的时候才可能遇到需要使用信号量的场景,phper 几乎很少有使用信号量的场景,就算有多进程对公共资源操作,大多也是使用 flock 文件锁做互斥操作

php模拟多进程操作公共资源

<?php
$file = "num.txt";//定一个空文件
$count =0;
file_put_contents($file,$count);

$pid = pcntl_fork();//fork 一个进程

if($pid == 0){//子进程执行逻辑
    $x = (int)file_get_contents($file);//读取文件内容
    //i 循环累加
    for($i=0; $i<1000; $i++){
        $x = $x + 1;
    }
    //写入文件
    file_put_contents($file,$x);
    //子进程退出
    exit(0);
}
//父进程执行逻辑
$x = (int)file_get_contents($file);
for($i=0; $i<1000; $i++){
    $x = $x+1;
}
//累加写入
file_put_contents($file,$x);

在编写一个shell 脚本辅助

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

按理来说,变量 $x 最后写入文件的值应该是2000,但很不幸,并不是如此,我们对上面的脚本执行一下:

运行了1000次,发现出现了变量$x值结果是 1000 的有8次,虽然发生错误的概率比较小,但是在计算机里是不能容忍的。

为什么会出现这种情况,我们知道单核cpu系统里为了实现多个程序同时运行的假象,操作系统通常都采用时间片调度,一个进程时间片用完就切换下一个进程运行,加上我们的高级语言不是每一行代码都是原子性的,比如x = (int)file_get_contents($file) 这行代码对于我们来说是不可分割是原子性的,但是经过编译器编译成汇编码【机器指令】可能是多条指令实现,这样就会出现问题,如果指令只执行到一半进程分配的时间片用完或者被其他进程打断,都有可能造成数据损坏,导致最后计算结果出现误差

使用php封装system v 信号量集函数

<?php
$file = "num.txt";//定一个空文件
$count =0;
$key = ftok("demo1.php","x");
$sem_id = sem_get($key,1);// 第二个参数是个整数,表示设置信号量集,设置为1 把它当做二值信号量来用,用于互斥
file_put_contents($file,$count);
$pid = pcntl_fork();//fork 一个进程
if($pid == 0){//子进程执行逻辑
sem_acquire($sem_id); // P -1 操作 获取一个信号量 , 如果为0表示资源被占用进程挂起等待信号量释放
    $x = (int)file_get_contents($file);//读取文件内容
    //i 循环累加
    for($i=0; $i<1000; $i++){
        $x = $x + 1;
    }
    //写入文件
    file_put_contents($file,$x);
       sem_release($sem_id); //V +1 操作 释放信号量
    //子进程退出
    exit(0);
}
//父进程执行逻辑
sem_acquire($sem_id); // P -1 操作  获取信号量, 如果为0表示资源被占用进程挂起等待信号量释放
$x = (int)file_get_contents($file);
for($i=0; $i<1000; $i++){
    $x = $x+1;
}
//累加写入
file_put_contents($file,$x);
sem_release($sem_id); //V +1 操作 释放信号量

加入信号量后,那就一定保证100%是2000,绝对不会出现其他数值。

到此这篇关于php进程通信之信号量浅析介绍的文章就介绍到这了,更多相关php信号量内容请搜索猪先飞以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持猪先飞!

原文出处:https://blog.csdn.net/csdn_leidada/article/details/126332172

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