php socket 編程

php socket 編程

1.實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)：tcp協(xié)議

TCP協(xié)議的創(chuàng)建:
創(chuàng)建流程：1.客戶端主動(dòng)調(diào)用connect發(fā)送SYN分節(jié);2.服務(wù)器端必須回復(fù)一個(gè)ACK分節(jié)來確認(rèn)客戶端的SYN分節(jié)，并發(fā)送一個(gè)SYN分節(jié)給客戶端;3.客戶端對(duì)服務(wù)器端發(fā)送SYN分節(jié)進(jìn)行ACK分節(jié)的確認(rèn)

TCP協(xié)議的拆除(TCP為全雙工的傳輸協(xié)議，所以需要4次分節(jié)的交換):
拆除流程：1.首先申請(qǐng)拆除的一端調(diào)用close發(fā)送一個(gè)FIN分節(jié)；2.另一端接收到FIN分節(jié)時(shí)，發(fā)送一個(gè)ACK分節(jié)進(jìn)行確認(rèn)；3.另一端要申請(qǐng)拆除連接時(shí)，也要發(fā)送一個(gè)FIN分節(jié)；4.接收端發(fā)送一個(gè)ACK分節(jié)進(jìn)行確認(rèn)

TCP的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖
連接：[1.SYN_SENT主動(dòng)打開，SYN分節(jié)已發(fā)送；2.SYN_RCVD被動(dòng)打開，SYN分節(jié)已接收；3.ESTABLISHED已經(jīng)建立連接]

關(guān)閉：[1.FIN_WAIT_1發(fā)起主動(dòng)關(guān)閉，F(xiàn)IN分節(jié)已發(fā)送；2.CLOSE_WAIT被動(dòng)關(guān)閉，F(xiàn)IN分節(jié)已接收，ACK分節(jié)已發(fā)送；3.FIN_WAIT_2成功實(shí)現(xiàn)半關(guān)閉，ACK分節(jié)已接收；4.LAST_ACK最終的ACK,FIN分節(jié)已發(fā)送；5.TIME_WAIT FIN分節(jié)已接收，ACK分節(jié)已發(fā)送；6.CLOSE ACK分節(jié)已接收，成功拆除連接]

2.SOCKET 編程

我們可以簡單的把 Socket 理解為一個(gè)可以連通網(wǎng)絡(luò)上不同計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序之間的管道，把一堆數(shù)據(jù)從管道的 A 端扔進(jìn)去，則會(huì)從管道的 B 端（同時(shí)還可以從C、D、E、F……端冒出來）（Socket 的官方解釋： 在網(wǎng)絡(luò)編程中最常用的方案便是Client/Server(客戶機(jī)/服務(wù)器)模型。在這種方案中客戶應(yīng)用程序向服務(wù)器程序請(qǐng)求服務(wù)。一個(gè)服務(wù)程序通常在一個(gè)眾所周知的地址監(jiān)聽對(duì)服務(wù)的請(qǐng)求，也就是說，服務(wù)進(jìn)程一 直處于休眠狀態(tài)，直到一個(gè)客戶向這個(gè)服務(wù)的地址提出了連接請(qǐng)求。在這個(gè)時(shí)刻，服務(wù)程序被"驚醒"并且為客戶提供服務(wù)－對(duì)客戶的請(qǐng)求作出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。）

Socket 通信依次會(huì)進(jìn)行 Socket 創(chuàng)建、Socket 監(jiān)聽、Socket 收發(fā)、Socket 關(guān)閉幾個(gè)階段。

常用函數(shù)1(創(chuàng)建的是socket資源):[socket_create() | socket_bind() | socket_listen() | socket_accept() | socket_write() | socket_read() | socket_close()]

常用函數(shù)2(創(chuàng)建的是stream資源)：[stream_socket_server() | fwrite() | fread() | fclose()]

示例 server.php（并發(fā)量只有1）;

<?php
$socket = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP);
socket_bind($sock, '127.0.0.1', 8080);
socket_listen($sock);
for(;;){
$conn = socket_accept($sock);
$output_buffer = 'HTTP/1.0 200 OK\r\nServer: this is my server\r\nContent-Type:text/html;charset:utf-8\r\nthis is my frist socket program';
socket_write($conn, $output_buffer);
socket_close($conn);
}

或

<?php
$sock = stream_socket_server('tcp://127.0.0.1:8080", $errno,  $errstr)；
for(;;){
$conn = stream_socket_accept($sock);
$output_buffer = 'HTTP/1.0 200 OK\r\nServer: this is my server\r\nContent-Type:text/html;charset:utf-8\r\nthis is my frist socket program';
fwrite($conn, $write_buffer);
fclose($conn);
}

控制臺(tái)運(yùn)行
sudo php-fpm7.2 start && php sertver.php

運(yùn)行成功之后，打開瀏覽器輸入 ‘127.0.0.1：8080’

3.多進(jìn)程編程

多進(jìn)程簡介：就是多個(gè)進(jìn)程同時(shí)工作，這樣的進(jìn)程一般屬于親屬關(guān)系，通常由一個(gè)父進(jìn)程fork得到的. 注意這里所說的同時(shí)工作，是宏觀上的，同一時(shí)刻在單個(gè)單核CPU上

 示例 multiProcess.php

<?php
$pid = pcntl_fork();
if($pid){
echo "this is parent process\n";
pcntl_waitpid($pid, $status);
} elseif($pid == 0){
echo "this is child process\n";
} else {
die("fork faild\n");
}

運(yùn)行 php multiProcess.php

函數(shù)介紹：

int pcntl_fork(void);
執(zhí)行該函數(shù)，會(huì)復(fù)制當(dāng)前進(jìn)程產(chǎn)生另一個(gè)進(jìn)程，稱之為當(dāng)前進(jìn)程的子進(jìn)程，該函在父進(jìn)程和子進(jìn)程的返回值不相同，在父進(jìn)程中返回的是fork出的子進(jìn)程的進(jìn)程ID，在子進(jìn)程中返回值為0。要注意的是在復(fù)制進(jìn)程時(shí)，會(huì)復(fù)制該進(jìn)程的數(shù)據(jù)（堆數(shù)據(jù)、棧數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)），包括在父進(jìn)程打開的文件描述符，在子進(jìn)程中也是打開的，這意味著當(dāng)你在父進(jìn)程使用了大量內(nèi)存時(shí)，fork出來的子進(jìn)程必須擁有等量的內(nèi)存資源，否則可能會(huì)導(dǎo)致fork失敗.

int pcntl_waitpid(int $pid, int &$status [,int $options=0]);
pid: 進(jìn)程ID;status: 子進(jìn)程的退出狀態(tài);option: 取決于操作系統(tǒng)是否提供wait3函數(shù)，如果提供該函數(shù)，則該選項(xiàng)參數(shù)才生效.

為什么父進(jìn)程要調(diào)用 pcntl_waitpid() 函數(shù)呢？這是因?yàn)樽舆M(jìn)程在結(jié)束時(shí)，不管是主動(dòng)結(jié)束（調(diào)用exit或main函數(shù)返回）還是被動(dòng)結(jié)束（被發(fā)出的信號(hào)打斷），都會(huì)保存退出狀態(tài)供父進(jìn)程調(diào)用，所以還會(huì)在操作系統(tǒng)的進(jìn)程表中占用一項(xiàng)。如果不調(diào)用pcntl_waitpid清除子進(jìn)程的退出狀態(tài)，回收該表項(xiàng)，那么子進(jìn)程雖然已經(jīng)死亡，但依然占用著寶貴的資源，就變成了“僵尸進(jìn)程”)

leader-follower模型

一個(gè)非常簡單的leader-follower模型，創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程池，隨機(jī)選出一個(gè)進(jìn)程作為leader進(jìn)程，該進(jìn)程監(jiān)聽是否有新連接，如果有則提升另一個(gè)follower為leader進(jìn)程來繼續(xù)監(jiān)聽，而原leader進(jìn)程則去處理新連接的請(qǐng)求，在/home/shiyanlou/目錄下創(chuàng)建文件leader.php:

$sock = stream_socket_server('tcp://127.0.0.1:80", $errno, $errstr);
$pids = [];
for($i=0;$i<10;$i++){
$pid = pcntl_fork();
$pids[] = $pid;
if($pid == 0){
for(;;){
$conn = stream_socket_accept($sock);
$out_buffer = "HTTP/1.0 200 OK\r\nServer: my_server\r\nContent-Type:text/html; charset=utf-8\r\n\r\n this is $i process";
fwrite($conn, $out_buffer);
fclose($conn);
}
exit(0);
}
}
foreach($pids as $pid){
$pcntl_waitpid($pid, $status);
}

這樣，我們的WEB服務(wù)器的處理能力又上了一個(gè)臺(tái)階，可以同時(shí)處理10個(gè)并發(fā)，當(dāng)然這個(gè)能力還會(huì)隨著你的進(jìn)程池中進(jìn)程的數(shù)量提升。那是不是意味著只要我們無限加大進(jìn)程的數(shù)量，就可以處理無限的并發(fā)呢？遺憾的是，事實(shí)并不是這樣。首先，系統(tǒng)創(chuàng)建進(jìn)程的開銷是大的，系統(tǒng)并不能無限地創(chuàng)建進(jìn)程，因?yàn)槊恳粋€(gè)進(jìn)程都占用一定的系統(tǒng)資源，而系統(tǒng)的資源是有限的，不可能無限地創(chuàng)建。 其次，大量進(jìn)程帶來的上下文切換，也會(huì)帶來巨大的資源消耗和性能浪費(fèi)。所以使用大量地創(chuàng)建進(jìn)程的方式來提升并發(fā)，是不可行的。那么，沒有辦法了么？難道沒有一種技術(shù)在單進(jìn)程里就可以維持成千上萬的連接么？下一個(gè)實(shí)驗(yàn)我們將介紹IO復(fù)用技術(shù)，使我們WEB服務(wù)器的并發(fā)處理量再次提升。

4 I/O復(fù)用

涉及知識(shí)點(diǎn)：阻塞/非阻塞，同步/異步，I/O多路復(fù)用，輪詢，epoll

1.阻塞/非阻塞：這兩個(gè)概念是針對(duì) IO 過程中進(jìn)程的狀態(tài)來說的，阻塞 IO 是指調(diào)用結(jié)果返回之前，當(dāng)前線程會(huì)被掛起；相反，非阻塞指在不能立刻得到結(jié)果之前，該函數(shù)不會(huì)阻塞當(dāng)前線程，而會(huì)立刻返回；

2.同步/異步：這兩個(gè)概念是針對(duì)調(diào)用如果返回結(jié)果來說的，所謂同步，就是在發(fā)出一個(gè)功能調(diào)用時(shí)，在沒有得到結(jié)果之前，該調(diào)用就不返回；相反，當(dāng)一個(gè)異步過程調(diào)用發(fā)出后，調(diào)用者不能立刻得到結(jié)果，實(shí)際處理這個(gè)調(diào)用的部件在完成后，通過狀態(tài)、通知和回調(diào)來通知調(diào)用者；

3.阻塞與非阻塞：在介紹IO復(fù)用技術(shù)之前，先介紹一下阻塞和非阻塞，在我們前幾節(jié)的WEB服務(wù)器中，調(diào)用socket_accept函數(shù)會(huì)使整個(gè)進(jìn)程阻塞，直到有新連接，操作系統(tǒng)才喚醒進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行。而非阻塞模式, stream_socket_accept的行為就不一樣了，如果沒有新連接，不會(huì)阻塞進(jìn)程，而是馬上返回false；

4.I／O 多路復(fù)用：多路復(fù)用（IO/Multiplexing）：為了提高數(shù)據(jù)信息在網(wǎng)絡(luò)通信線路中傳輸?shù)男剩谝粭l物理通信線路上建立多條邏輯通信信道，同時(shí)傳輸若干路信號(hào)的技術(shù)就叫做多路復(fù)用技術(shù)。對(duì)于 Socket 來說，應(yīng)該說能同時(shí)處理多個(gè)連接的模型都應(yīng)該被稱為多路復(fù)用，目前比較常用的有 select/poll/epoll/kqueue 這些 IO 模型（目前也有像 Apache 這種每個(gè)連接用單獨(dú)的進(jìn)程/線程來處理的 IO 模型，但是效率相對(duì)比較差，也很容易出問題，所以暫時(shí)不做介紹了）。在這些多路復(fù)用的模式中，異步阻塞/非阻塞模式的擴(kuò)展性和性能最好；

5.select輪詢：使用select會(huì)輪詢連接池，當(dāng)有連接可讀或可寫時(shí)，select函數(shù)返回可讀寫的連接數(shù)，然后再輪詢一遍連接池，查找活動(dòng)連接進(jìn)行讀寫操作。比較尷尬的是，socket_select只支持socket類型的資源，而不支持stream類型的資源，所以這里需要使用socket_create創(chuàng)建socket資源；

創(chuàng)建文件select.php：

<?php
$sock = socket_create(AF_IINIT, SOCK_STREAM,0);
socket_bind($sock, '127.0.0.1', 80);
socket_listen($sock);
$reads = $clients = [];
$writes = $exceptions = NULL;
socket_set_nonblock($sock);
$out_buffer = "HTTP/1.0 200 OK\r\nServer:server\r\nContent-Type:text/html;chartset=utf-8\r\n\r\nHello!world";
for(;;){
$reads = array_merge(array($sock), $clients);
$activity_counts = @socket_select($reads, $writes, $exceptions, 0);
if($activity_counts>0){
if(($conn=socket_accept($sock))!= false){
$clients[] = $conn;
}
$length = count($clients);
for($i=0; $i<$length;$i++){
$client = $clients[$i];
if(($rad_buffer = @socket_read($client, 1024)) != false){
socket_write($client, $write_buffer);
socket_close($client);
break;
}
}
}
}

select雖然可以監(jiān)聽多個(gè)連接，但是它最多只能監(jiān)聽1024個(gè)連接。這雖然在poll中得到了改進(jìn)，但是select和poll本質(zhì)上都是通過輪詢的方式進(jìn)行監(jiān)聽，這意味著當(dāng)監(jiān)聽了上萬連接時(shí)，就算只有一個(gè)連接是活動(dòng)的，依然要把上萬連接都遍歷一次。顯然，這無疑是極大的性能浪費(fèi)，而epoll的出現(xiàn)徹底地解決了這個(gè)問題

6.epoll：epoll并不是只有一個(gè)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，而是多個(gè)函數(shù)。我們這里并不討論epoll相關(guān)的函數(shù)，因?yàn)镻HP并不提供相關(guān)的函數(shù)，但它提供了基于libevent庫的libevent擴(kuò)展，以及基于libevent庫的event擴(kuò)展。libevent庫實(shí)現(xiàn)了Reactor模型，關(guān)于Reactor模型，這里只作簡單的介紹(Reactor模型，包含了幾個(gè)組件：句柄，事件分發(fā)器，事件處理器。句柄：就是文件描述符，在Socket編程中，就是使用socket_create創(chuàng)建的socket資源.事件分發(fā)器：通過事件循環(huán)，事件循環(huán)是通過諸如epollSelectPoll等IO復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，監(jiān)聽句柄期待的事件是否發(fā)生，發(fā)生了則將事件分發(fā)給事件處理器。事件處理器：當(dāng)事件發(fā)生時(shí)，處理相關(guān)的邏輯)。

而libevent庫已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了Reactor模型，我們可以開箱即用。下面，我們將通過libevent對(duì)我們的WEB服務(wù)器再次改造，使它的處理并發(fā)的能力再次提高在此之前，我們需要安裝event擴(kuò)展，安裝php的event擴(kuò)展必須安裝libevent庫，php -m|grep event確保我們已經(jīng)安裝好了event庫;

示例：epoll.php

<?php
$fd = stream_socket_server("tcp://127.0.0.1:80", $errno, $errstr);
stream_set_blocking($fd, 0);
$event_base = new EventBase();
$event = new Event($event_base, $fd, Event::READ | Event::PERSIST, function($fd) use (&$event_base){
$conn = stream_socket_accept($fd);
fwrite($conn, 'HTTP/1.0 200 OK\r\nContent-Length:2\r\r\r\rHi');
fclose($conn);
}, $fd);
$event->add();
$event_base->loop();

流程和創(chuàng)建Reactor模型一致：創(chuàng)建句柄->創(chuàng)建事件循環(huán)器->創(chuàng)建事件，并指定事件監(jiān)聽的事件類型及注冊事件處理器->向循環(huán)器中添加事件

這里我們主要看Event類，看看它的構(gòu)造函數(shù)原型:

public Event::__construct ( EventBase base , mixed base,mixedfd , int what , callable what,callablecb [, mixed $arg = NULL ] )
base: EventBase類的實(shí)例;fd: 要監(jiān)聽的句柄；what: 要監(jiān)聽的事件類型；cb: 事件處理器，在PHP中就是回調(diào)函數(shù)；arg: 事件處理器的參數(shù)列表
通過我們進(jìn)一步的改造，我們的WEB服務(wù)器現(xiàn)在處理并發(fā)的能力已經(jīng)非常強(qiáng)勁，但是要用于生產(chǎn)環(huán)境，還有一些需要解決的問題，下一章我們將探討如何讓W(xué)EB服務(wù)器進(jìn)程脫離控制終端，變?yōu)槭刈o(hù)進(jìn)程

7信號(hào)通信以及守護(hù)進(jìn)程

進(jìn)程的幾個(gè)ID[pid:進(jìn)程ID,ppid:父進(jìn)程ID,pgid:進(jìn)程組ID,sid：會(huì)話組ID],可以用命令去查看ps -axj，一般PPID為0的，都是內(nèi)核態(tài)進(jìn)程。一般PPID為1的，并且pid == pgid == sid的，都是守護(hù)進(jìn)程

守護(hù)進(jìn)程創(chuàng)建的標(biāo)準(zhǔn)流程，讓W(xué)EB服務(wù)器進(jìn)程變?yōu)槭刈o(hù)進(jìn)程，成為守護(hù)進(jìn)程有幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的步驟：

1.設(shè)置文件創(chuàng)建掩碼，一般設(shè)置為0，umask(0)
2.pcntl_fork一個(gè)子進(jìn)程，并馬上退出，這樣做的目的是讓子進(jìn)程繼承進(jìn)程組ID并獲取一個(gè)新的進(jìn)程ID，這樣就可以確保子進(jìn)程一定不是進(jìn)程組組長，因?yàn)檫M(jìn)程組組長不能創(chuàng)建新會(huì)話
3.posix_setsid創(chuàng)建新會(huì)話和新進(jìn)程組，并成為會(huì)話組長和進(jìn)程組組長，并和原來的控制終端脫離關(guān)系，這樣該進(jìn)程就不會(huì)被原來終端的控制信號(hào)中斷
4.pcntl_fork，再fork一次并不是必須的，只是在基于System-V的系統(tǒng)上，有人建議再fork一次，避免打開終端設(shè)備，使程序的通用性更強(qiáng)。

示例：daemon.php:

<?php
function daemon(){
umask(0);
if(pcntl_fork()){
exit(0);
}
posix_setsid();
if(pcntl_fork()){
exit(0);
}
sleep(100);
}
daemon();

在終端運(yùn)行php daemon.php && ps axj|grep daemon.php,觀察一下ppid、pid、pgid、sid,結(jié)果顯示：ppid確實(shí)為1，這證明進(jìn)程已經(jīng)被init1號(hào)進(jìn)程收養(yǎng)。但是為什么pid、pgid、sid這三個(gè)值不一樣呢？是不是弄錯(cuò)了？我們再看看代碼，在調(diào)用posix_setsid之后，這三個(gè)值其實(shí)是一樣的，只是我們又fork了一次，所以pid變了。有興趣的同學(xué)把第二次fork的代碼注釋點(diǎn)，再觀察一下，是不是一樣了？

現(xiàn)在我我們對(duì)上節(jié)的server.php進(jìn)行改寫：

<?php
unction daemon(){
umask(0);
if(pcntl_fork()){
exit(0);
}
posix_setsid();
if(pcntl_fork()){
exit(0);
}
sleep(100);
}
daemon();
$fd = stream_socket_server('tcp://127.0.0.1:8080', $errno, $errstr);
stream_set_blocking($fd, 0);
$event_base = new EventBase();
$event = new Event($event_base, $fd, Event::READ | Event::PERSIST, function($fd) use(&$event_base){
$conn = stream_socket_accept($fd);
fwrite($conn, 'HTTP/1.0 200 OK\r\nContent-Length:2\r\n\r\nHi');
fclose($conn);
}, $fd)
$event->add();
$event_base->loop();

運(yùn)行成功之后，關(guān)閉當(dāng)前終端，打開另一終端，輸入 ps axj | grep server.php觀察pid、pgid、sid、ppid，并打開瀏覽器輸入127.0.0.1:8080，看是否輸出結(jié)果到這兒，我們的WEB服務(wù)器才相對(duì)完善一些了，那有的同學(xué)就又要問了，變成了守護(hù)進(jìn)程，那我要怎么控制它重啟，暫停呢？接下來的一節(jié)我們將介紹如何使用信號(hào)與守護(hù)進(jìn)程進(jìn)行通信。

信號(hào): 我們在使用控制終端的時(shí)候，在上面鍵入各種各樣的子程序，比如sudo apt-get安裝程序，但有的時(shí)候子程序運(yùn)行時(shí)間過長，我們沒有耐心等下去時(shí)，我們經(jīng)常會(huì)按Ctrl+c結(jié)束當(dāng)前進(jìn)程的運(yùn)行，Ctrl+c實(shí)質(zhì)上就是發(fā)送一個(gè)SIGINT信號(hào)給子程序，子程序的信號(hào)處理器接收到該信號(hào)之后，就會(huì)按預(yù)先編好的程序進(jìn)行處理，這樣的話即使我們脫離終端，無法進(jìn)行直接的手動(dòng)操作也可以利用信號(hào)控制我們編寫程序的狀態(tài)，那在PHP中我們?nèi)绾握{(diào)用函數(shù)發(fā)送信號(hào)呢？

相關(guān)函數(shù)1 posix_kill

函數(shù)原型: bool posix_kill ( int pid , int pid,intsig )
pid: 進(jìn)程ID
sig: 系統(tǒng)預(yù)定義的信號(hào)常量

相關(guān)函數(shù)2 pcntl_signal

函數(shù)原型: bool pcntl_signal ( int signo , callback signo,callbackhandler [, bool $restart_syscalls = true ] )
signo: 系統(tǒng)預(yù)定義的信號(hào)常量
handler: 信號(hào)處理器，一個(gè)回調(diào)函數(shù)
restart_syscalls: 當(dāng)進(jìn)程在進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，被信號(hào)中斷時(shí)，系統(tǒng)調(diào)用是否重新調(diào)用，一般默認(rèn)為true

示例：signal.php：

<?php
declare(ticks=1);
pcntl_signal(SIGINT, function(){
file_put_content("signal.txt", "signal recevied\n")
})
sleep(30);

編輯完成之后，我們在終端執(zhí)行php signal.php 在進(jìn)程返回結(jié)果之前，我們按下Ctrl+c，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用kill發(fā)送信號(hào) SIGINT 我們編寫的信號(hào)處理器進(jìn)行信號(hào)的處理執(zhí)行回調(diào)函數(shù)。除了使用pcntl_signal安裝信號(hào)處理器，我們在上一章說過的Event類，也可以監(jiān)聽信號(hào)事件，將signal.php改寫為：

<?php
$event_base = new EventBase();
$event = new Event($event_base, SIGINT, Event::SIGNAL, function() use(&$event_base){
file_put_content("signal2.txt", "signal recevied\n")
})
$event->add();
$event_base->loop();

使用守護(hù)進(jìn)程和信號(hào)再次重構(gòu)我們的WEB服務(wù)器，讓它更像一個(gè)真正的能用在生產(chǎn)環(huán)境的在此感謝實(shí)驗(yàn)樓提供的實(shí)驗(yàn)幫助
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