php超详细讲解命名管道

目录
  • 进程间为什么要通信
  • 进程如何实现通信
  • 常见进程通信方式
  • 管道概念
  • 命名管道实现
    • posix_mkfifo函数
    • 无血缘进程间通信

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!

到此这篇关于php超详细讲解命名管道的文章就介绍到这了,更多相关php命名管道内容请搜索我们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我们!

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