php命名管道

时间:2022-09-28 大雷编程人气:0

进程间为什么要通信

进程间通信的目的：

数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程。
通知事件：一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，通知它（它们）发生了某种事件（如进程终止时要通知父进程）。
资源共享：多个进程之间共享同样的资源。为了做到这一点，需要内核提供互斥和同步机制。
进程控制：有些进程希望完全控制另一个进程的执行（如 Debug 进程），此时控制进程希望能够拦截另一个进程的所有状态信息

进程不是孤立的，一个足够大的项目绝对不是单一的进程可以支撑的起的。所以我们需要进程间通信，来满足不同进程间信息交互与传递的需求。

进程间通信本质上是进程与进程之间交换数据的手段。

进程如何实现通信

每个进程的用户地址空间都是独立的（进程通过虚拟内存地址达到进程相互隔离），一般而言是不能互相访问的，进程之间要通信必须通过内核，也就是说操作内核提供一个缓冲区，用户进程操作这个缓冲区【读写数据】来实现通信。

常见进程通信方式

今天我们要学习的是管道中的命名管道

管道概念

其实管道一共有两种，一种是匿名管道，它的特点是只能用于具有共同祖先的进程（具有亲缘关系的进程）之间进行通信；比如父子进程，通常，一个匿名管道由一个进程创建，然后该进程调用fork，此后父、子进程之间就可应用该管道。

对于匿名管道，它的通信范围是存在父子关系的进程。因为管道没有实体，也就是没有管道文件，只能通过 fork 来复制父进程 fd 文件描述符，来达到通信的目的。

第二种是命名管道可以实现两个不相关进程之间进行数据交互，也能实现父子进程之间数据交互。命名管道是一种特殊类型的文件,有实体

对于命名管道，它可以在不相关的进程间也能相互通信。因为命名管道，提前创建了一个类型为管道的设备文件，在进程里只要使用这个设备文件，就可以相互通信。

由于php扩展并没有提供匿名管道的封装，只提供了命名管道的，所有我们先不讲匿名管道，有兴趣的自行了解

命名管道实现

不管是匿名管道还是命名管道，进程写入的数据都是缓存在内核中，另一个进程读取数据时候自然也是从内核中获取，同时通信数据都遵循先进先出原则，类似于队列

posix_mkfifo函数

php 通过 posix_mkfifo 函数创建命名管道文件

<?php
//定义管道文件
$file = 'fifo_dalei';
//posix_access() 函数检测管道文件是否存在，如果不存在使用posix_mkfifo() 函数创建一个命名管道文件
if(!posix_access($file, POSIX_F_OK)){
    if(posix_mkfifo($file,0666)){
        echo "命名管道创建成功\n";
    }
}

执行代码我们就得到了创建出来的管道文件 fifo_dalei ,我们查看文件权限位以 p 开头就表示这个文件是一个管道文件，当然我们也可以使用 file 命令查看fifo_dalei 文件类型是管道类型

我们可以直接在终端操作读写这个命名管道文件

比如：我们打开两个终端，A终端与B终端，A终端负责读命名管道中的数据，B终端负责往命名管道写入数据

我们通过 cat 命令读取命名管道，如果命名管道没有数据 cat fifo_dalei 命令会阻塞住，直到有数据写入命名管道，cat fifo_dalei 才会输出数据内容并结束，反过来如果先将数据写入命名管道，却没有另一个进程读取命名管道的内容，写入命令依然会阻塞。

由此可以发现，管道这种通信方式效率低，不适合进程间频繁地交换数据。当然，它的好处，自然就是简单，同时也我们很容易得知管道里的数据已经被另一个进程读取了。

那么在php中我们如何使用命名管道文件呢，下面我们以父子进程通信为例

<?php
// 定义命名管道文件
$file = 'fifo_dalei';
// posix_access 函数检测当前文件是否存在
if(!posix_access($file, POSIX_F_OK)){
//posix_mkfifo 函数创建命名管道
    if(posix_mkfifo($file,0666)){
        echo "命名管道创建成功\n";
    }
}
// fork 创建子进程
$pid = pcntl_fork();
if($pid == 0){//子进程执行逻辑
	// 用读方式打开命名管道，需要注意的是如果命名管道内没有数据，fopen 函数会阻塞
    $fd = fopen($file, 'r');
    // fread 函数 读取命名管道，10个字节长度数据
    $data = fread($fd,10);
    if($data){
            fprintf(STDOUT,"read process pid = %d, recv:%s\n",getmypid(),$data);
    }
    exit(0);
}
// 用写方式打开命名管道
$fd = fopen($file, 'w');
// 往命名管道写入数据 'dalei' 写入的长度为5
$len = fwrite($fd,'dalei',5);
fprintf(STDOUT,"write process pid = %d, write len=%d\n",posix_getpid(),$len);
// 关闭管道文件
fclose($fd);
//回收执行完毕退出子进程，防止僵尸进程
$pid = pcntl_wait($status);
if($pid > 0){
    fprintf(STDOUT,"exit process pid = %d\n",$pid);
}

分析上面代码，首先父进程32023 写入数据dalei到命名管道，子进程 32024 读取命名管道中父进程写入的数据，然后 32024 子进程退出。

需要注意的是 fopen() 函数打开命名管道必须读端写端都打开，不然 fopen() 函数会阻塞

上面我们通过命令操作管道发现，管道内必须有内容，才能读取管道，不然会阻塞，php操作管道也同样有这个问题，看下面代码，我们通过 while 不停循环读取管道内容，但是写数据端写入一次会发生什么事情呢？

<?php
// 定义命名管道文件
$file = 'fifo_dalei';
// posix_access 函数检测当前文件是否存在
if(!posix_access($file, POSIX_F_OK)){
//posix_mkfifo 函数创建命名管道
    if(posix_mkfifo($file,0666)){
        echo "命名管道创建成功\n";
    }
}
// fork 创建子进程
$pid = pcntl_fork();
if($pid == 0){//子进程执行逻辑
	// 用读方式打开命名管道，需要注意的是如果命名管道内没有数据，fopen 函数会阻塞
    $fd = fopen($file, 'r');
    while(1){
    // fread 函数 读取命名管道，10个字节长度数据
    $data = fread($fd,10);
    if($data){
            fprintf(STDOUT,"read process pid = %d, recv:%s\n",getmypid(),$data);
    }
    echo "hello\n";
     sleep(2);
    }
    exit(0);
}
// 用写方式打开命名管道
$fd = fopen($file, 'w');
// 往命名管道写入数据 'dalei' 写入的长度为5
$len = fwrite($fd,'dalei',5);
fprintf(STDOUT,"write process pid = %d, write len=%d\n",posix_getpid(),$len);
// 关闭管道文件
#fclose($fd);
//回收执行完毕退出子进程，防止僵尸进程
$pid = pcntl_wait($status);
if($pid > 0){
    fprintf(STDOUT,"exit process pid = %d\n",$pid);
}

通过运行上面代码，当父进程只写入一次，子进程循环读，由于命名管道内无数据会造成 fread() 函数阻塞，无法往下执行也就无法打印出 hello，如何以非阻塞的方式读取数据呢？

下面我们就来介绍 stream_set_blocking() 函数实现非阻塞读命名管道，即命名管道无数据立即返回，并不会阻塞在fread() 函数

<?php
// 定义命名管道文件
$file = 'fifo_dalei';
// posix_access 函数检测当前文件是否存在
if(!posix_access($file, POSIX_F_OK)){
//posix_mkfifo 函数创建命名管道
    if(posix_mkfifo($file,0666)){
        echo "命名管道创建成果\n";
    }
}
// fork 创建子进程
$pid = pcntl_fork();
if($pid == 0){//子进程执行逻辑
	// 用读方式打开命名管道，需要注意的是如果命名管道内没有数据，fopen 函数会阻塞
    $fd = fopen($file, 'r');
    //设置非阻塞读取命名管道
    stream_set_blocking($fd,0);
    while(1){
    // fread 函数 读取命名管道，10个字节长度数据
    $data = fread($fd,10);
    if($data){
            fprintf(STDOUT,"read process pid = %d, recv:%s\n",getmypid(),$data);
    }
    echo "hello\n";
    sleep(2);
    }
    exit(0);
}
// 用写方式打开命名管道
$fd = fopen($file, 'w');
// 往命名管道写入数据 'dalei' 写入的长度为5
$len = fwrite($fd,'dalei',5);
fprintf(STDOUT,"write process pid = %d, write len=%d\n",posix_getpid(),$len);
// 关闭管道文件
#fclose($fd);
//回收执行完毕退出子进程，防止僵尸进程
$pid = pcntl_wait($status);

if($pid > 0){
    fprintf(STDOUT,"exit process pid = %d\n",$pid);
}

还有个需要注意的知识点，当写端写入数据的过程中，如果读端退出，写入数据将失败，并且产生中断信号 SIGPIPE, 下面是实验代码

<?php
// 定义命名管道文件
$file = 'fifo_dalei';
// posix_access 函数检测当前文件是否存在
if(!posix_access($file, POSIX_F_OK)){
//posix_mkfifo 函数创建命名管道
    if(posix_mkfifo($file,0666)){
        echo "命名管道创建成果\n";
    }
}
// 安装信号处理器,处理捕获信号
pcntl_signal(SIGPIPE,function($signo){
fprintf(STDOUT,"signo=%d\n",$signo);
});
// fork 创建子进程
$pid = pcntl_fork();
if($pid == 0){//子进程执行逻辑
	// 用读方式打开命名管道，需要注意的是如果命名管道内没有数据，fopen 函数会阻塞
    $fd = fopen($file, 'r');
    //设置非阻塞读取命名管道
    stream_set_blocking($fd,0);
    $i = 0;
    while(1){
    // fread 函数 读取命名管道，10个字节长度数据
    $data = fread($fd,10);
    if($data){
    	$i++;
    	if($i > 2){
    		fclose($fd);
    		break;
    	}
            fprintf(STDOUT,"read process pid = %d, recv:%s\n",getmypid(),$data);
    }
    sleep(2);
    }
    exit(0);
}
// 用写方式打开命名管道
$fd = fopen($file, 'w');
stream_set_blocking($fd,0);
while(1){
// 信号分发（没有这个函数，信号无法被捕获）
pcntl_signal_dispatch();
// 往命名管道写入数据 'dalei' 写入的长度为5
$len = fwrite($fd,'dalei',5);
fprintf(STDOUT,"write process pid = %d, write len=%d\n",posix_getpid(),$len);
sleep(2);
}
// 关闭管道文件
fclose($fd);
//回收执行完毕退出子进程，防止僵尸进程
$pid = pcntl_wait($status);
if($pid > 0){
    fprintf(STDOUT,"exit process pid = %d\n",$pid);
}

通过分析代码我们得知，我们定义了一个 $i 变量 用于累加，当累加数大于2，也就是read执行超过两次后读进程退出，写进程write将无法再向命名管道写入数据，并且产生信号数为13的中断信号

使用 kill -l 查看linux 中所有信号

无血缘进程间通信

写端

<?php
$file = 'fifo_dalei';
if(!posix_access($file,POSIX_F_OK)){
    if(!posix_mkfifo($file,0666)){
    }
}
$fd = fopen($file,'w');
while(1){
	//获取终端输入数据，大小限制1280字节
    $data = fgets(STDIN,1280);
    // 写入数据到命名管道，数据长度限制为10个字节
    $len = fwrite($fd,$data,10);
    fprintf(STDOUT,"pid=%d, write len = %d\n",posix_getpid(),$len);
}
fclose($fd);

读端（一定要设置非阻塞读，不然写端，写入数据读端无法读取，只有写端进程退出才,读端才能全部读取出来）

<?php
$file = 'fifo_dalei';
if(!posix_access($file,POSIX_F_OK)){
    if(posix_mkfifo($file,0666)){

    }
}
$fd = fopen($file,'r');
//设置非阻塞读
stream_set_blocking($fd,0);
while(1){
//读取命名管道内容，读取长度限制为128字节
$data = fread($fd,128);
if($data){
    fprintf(STDOUT,"pid=%d,data=%s\n",posix_getpid(),$data);
}
}
fclose($fd);

通过上面的学习，我们已经了解了命名管道的用法与实现，当然大家还可以自己动手尝试编写命名管道的多种组合方式。比如说，多个读端，一个写端，读端是同时能读取到写入内容还是，一个能获取，一个获取不到，又或者多个写端一个读端会发生什么情况，这些大家都可以自己实现看看，毕竟实践出真知，不动手只听别人说可不行哦！

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