php socket 编程 | 易学教程

文章目录
1.实验预习：tcp协议
2.SOCKET 编程
3.多进程编程
4 I/O复用
5. 信号通信以及守护进程
1.实验预习：tcp协议
TCP协议的创建:
创建流程：1.客户端主动调用connect发送SYN分节;2.服务器端必须回复一个ACK分节来确认客户端的SYN分节，并发送一个SYN分节给客户端;3.客户端对服务器端发送SYN分节进行ACK分节的确认

TCP协议的拆除(TCP为全双工的传输协议，所以需要4次分节的交换):
拆除流程：1.首先申请拆除的一端调用close发送一个FIN分节；2.另一端接收到FIN分节时，发送一个ACK分节进行确认；3.另一端要申请拆除连接时，也要发送一个FIN分节；4.接收端发送一个ACK分节进行确认

TCP的状态转换图

连接：
1.SYN_SENT主动打开，SYN分节已发送；
2.SYN_RCVD被动打开，SYN分节已接收；
3.ESTABLISHED已经建立连接
关闭：
1.FIN_WAIT_1发起主动关闭，FIN分节已发送；
2.CLOSE_WAIT被动关闭，FIN分节已接收，ACK分节已发送；
3.FIN_WAIT_2成功实现半关闭，ACK分节已接收；
4.LAST_ACK最终的ACK,FIN分节已发送；
5.TIME_WAIT FIN分节已接收，ACK分节已发送；
6.CLOSE ACK分节已接收，成功拆除连接]

2.SOCKET 编程
我们可以简单的把 Socket 理解为一个可以连通网络上不同计算机应用程序之间的管道，把一堆数据从管道的 A 端扔进去，则会从管道的 B 端（同时还可以从C、D、E、F……端冒出来）（Socket 的官方解释：在网络编程中最常用的方案便是Client/Server(客户机/服务器)模型。在这种方案中客户应用程序向服务器程序请求服务。一个服务程序通常在一个众所周知的地址监听对服务的请求，也就是说，服务进程一直处于休眠状态，直到一个客户向这个服务的地址提出了连接请求。在这个时刻，服务程序被"惊醒"并且为客户提供服务－对客户的请求作出适当的反应)

Socket 通信依次会进行 Socket 创建、Socket 监听、Socket 收发、Socket 关闭几个阶段。

常用函数2(创建的是stream资源)：[stream_socket_server() | fwrite() | fread() | fclose()]

示例 server.php（并发量只有1）;

<?php
$socket = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP);
socket_bind($socket, '127.0.0.1', 8080);
socket_listen($socket);
for(;;){
$conn = socket_accept($socket);
$output_buffer = 'HTTP/1.0 200 OK\r\nServer: this is my server\r\nContent-Type:text/html;charset:utf-8\r\nthis is my frist socket program';
socket_write($conn, $output_buffer);
socket_close($conn);
}
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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, $output_buffer);
fclose($conn);
}
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控制台运行
sudo php-fpm7.2 start && php sertver.php

运行成功之后，打开浏览器输入 ‘127.0.0.1：8080’

3.多进程编程
多进程简介：就是多个进程同时工作，这样的进程一般属于亲属关系，通常由一个父进程fork得到的. 注意这里所说的同时工作，是宏观上的，同一时刻在单个单核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");
}
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运行 php multiProcess.php

函数介绍：

int pcntl_fork(void);
执行该函数，会复制当前进程产生另一个进程，称之为当前进程的子进程，该函在父进程和子进程的返回值不相同，在父进程中返回的是fork出的子进程的进程ID，在子进程中返回值为0。要注意的是在复制进程时，会复制该进程的数据（堆数据、栈数据和静态数据），包括在父进程打开的文件描述符，在子进程中也是打开的，这意味着当你在父进程使用了大量内存时，fork出来的子进程必须拥有等量的内存资源，否则可能会导致fork失败.

int pcntl_waitpid(int KaTeX parse error: Expected 'EOF', got '&' at position 10: pid, int &̲status [,int $options=0]);
pid: 进程ID;status: 子进程的退出状态;option: 取决于操作系统是否提供wait3函数，如果提供该函数，则该选项参数才生效.

为什么父进程要调用 pcntl_waitpid() 函数呢？这是因为子进程在结束时，不管是主动结束（调用exit或main函数返回）还是被动结束（被发出的信号打断），都会保存退出状态供父进程调用，所以还会在操作系统的进程表中占用一项。如果不调用pcntl_waitpid清除子进程的退出状态，回收该表项，那么子进程虽然已经死亡，但依然占用着宝贵的资源，就变成了“僵尸进程”)

leader-follower模型
一个非常简单的leader-follower模型，创建一个进程池，随机选出一个进程作为leader进程，该进程监听是否有新连接，如果有则提升另一个follower为leader进程来继续监听，而原leader进程则去处理新连接的请求，在/home/shiyanlou/目录下创建文件leader.php:

<?php
$sock = stream_socket_server("tcp://127.0.0.1:8080", $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);
}
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这样，我们的WEB服务器的处理能力又上了一个台阶，可以同时处理10个并发，当然这个能力还会随着你的进程池中进程的数量提升。那是不是意味着只要我们无限加大进程的数量，就可以处理无限的并发呢？遗憾的是，事实并不是这样。首先，系统创建进程的开销是大的，系统并不能无限地创建进程，因为每一个进程都占用一定的系统资源，而系统的资源是有限的，不可能无限地创建。其次，大量进程带来的上下文切换，也会带来巨大的资源消耗和性能浪费。所以使用大量地创建进程的方式来提升并发，是不可行的。那么，没有办法了么？难道没有一种技术在单进程里就可以维持成千上万的连接么？下一个实验我们将介绍IO复用技术，使我们WEB服务器的并发处理量再次提升。

4 I/O复用
涉及知识点：阻塞/非阻塞，同步/异步，I/O多路复用，轮询，epoll

阻塞/非阻塞：这两个概念是针对 IO 过程中进程的状态来说的，阻塞 IO 是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起；相反，非阻塞指在不能立刻得到结果之前，该函数不会阻塞当前线程，而会立刻返回；

同步/异步：这两个概念是针对调用如果返回结果来说的，所谓同步，就是在发出一个功能调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回；相反，当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到结果，实际处理这个调用的部件在完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者；

阻塞与非阻塞：在介绍IO复用技术之前，先介绍一下阻塞和非阻塞，在我们前几节的WEB服务器中，调用socket_accept函数会使整个进程阻塞，直到有新连接，操作系统才唤醒进程继续执行。而非阻塞模式, stream_socket_accept的行为就不一样了，如果没有新连接，不会阻塞进程，而是马上返回false；

I/O 多路复用：多路复用（IO/Multiplexing）：为了提高数据信息在网络通信线路中传输的效率，在一条物理通信线路上建立多条逻辑通信信道，同时传输若干路信号的技术就叫做多路复用技术。对于 Socket 来说，应该说能同时处理多个连接的模型都应该被称为多路复用，目前比较常用的有 select/poll/epoll/kqueue 这些 IO 模型（目前也有像 Apache 这种每个连接用单独的进程/线程来处理的 IO 模型，但是效率相对比较差，也很容易出问题，所以暂时不做介绍了）。在这些多路复用的模式中，异步阻塞/非阻塞模式的扩展性和性能最好；

select轮询：使用select会轮询连接池，当有连接可读或可写时，select函数返回可读写的连接数，然后再轮询一遍连接池，查找活动连接进行读写操作。比较尴尬的是，socket_select只支持socket类型的资源，而不支持stream类型的资源，所以这里需要使用socket_create创建socket资源；

创建文件select.php：

<?php
$sock = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM,0);
socket_bind($sock, '127.0.0.1', 8080);
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, $out_buffer);
socket_close($client);
break;
}
}
}
}
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select虽然可以监听多个连接，但是它最多只能监听1024个连接。这虽然在poll中得到了改进，但是select和poll本质上都是通过轮询的方式进行监听，这意味着当监听了上万连接时，就算只有一个连接是活动的，依然要把上万连接都遍历一次。显然，这无疑是极大的性能浪费，而epoll的出现彻底地解决了这个问题

epoll：epoll并不是只有一个函数来实现，而是多个函数。我们这里并不讨论epoll相关的函数，因为PHP并不提供相关的函数，但它提供了基于libevent库的libevent扩展，以及基于libevent库的event扩展。libevent库实现了Reactor模型，关于Reactor模型，这里只作简单的介绍(Reactor模型，包含了几个组件：句柄，事件分发器，事件处理器。句柄：就是文件描述符，在Socket编程中，就是使用socket_create创建的socket资源.事件分发器：通过事件循环，事件循环是通过诸如epollSelectPoll等IO复用技术实现的，监听句柄期待的事件是否发生，发生了则将事件分发给事件处理器。事件处理器：当事件发生时，处理相关的逻辑)。

而libevent库已经实现了Reactor模型，我们可以开箱即用。下面，我们将通过libevent对我们的WEB服务器再次改造，使它的处理并发的能力再次提高在此之前，我们需要安装event扩展，安装php的event扩展必须安装libevent库，php -m|grep event确保我们已经安装好了event库;

示例：epoll.php

<?php
$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($conn, 'HTTP/1.0 200 OK\r\nContent-Length:2\r\r\r\rHi');
fclose($conn);
}, $fd);
$event->add();
$event_base->loop();
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流程和创建Reactor模型一致：创建句柄->创建事件循环器->创建事件，并指定事件监听的事件类型及注册事件处理器->向循环器中添加事件

这里我们主要看Event类，看看它的构造函数原型:

public Event::__construct ( EventBase base , mixed base,mixedfd , int what , callable what,callablecb [, mixed $arg = NULL ] )
base: EventBase类的实例;fd: 要监听的句柄；what: 要监听的事件类型；cb: 事件处理器，在PHP中就是回调函数；arg: 事件处理器的参数列表
通过我们进一步的改造，我们的WEB服务器现在处理并发的能力已经非常强劲，但是要用于生产环境，还有一些需要解决的问题，下一章我们将探讨如何让WEB服务器进程脱离控制终端，变为守护进程

5. 信号通信以及守护进程
进程的几个ID[pid:进程ID,ppid:父进程ID,pgid:进程组ID,sid：会话组ID],可以用命令去查看ps -axj，一般PPID为0的，都是内核态进程。一般PPID为1的，并且pid == pgid == sid的，都是守护进程

守护进程创建的标准流程，让WEB服务器进程变为守护进程，成为守护进程有几个标准的步骤：

设置文件创建掩码，一般设置为0，umask(0)
pcntl_fork一个子进程，并马上退出，这样做的目的是让子进程继承进程组ID并获取一个新的进程ID，这样就可以确保子进程一定不是进程组组长，因为进程组组长不能创建新会话
posix_setsid创建新会话和新进程组，并成为会话组长和进程组组长，并和原来的控制终端脱离关系，这样该进程就不会被原来终端的控制信号中断
pcntl_fork，再fork一次并不是必须的，只是在基于System-V的系统上，有人建议再fork一次，避免打开终端设备，使程序的通用性更强。
示例：daemon.php:

<?php
function daemon(){
umask(0);
if(pcntl_fork()){
exit(0);
}
posix_setsid();
if(pcntl_fork()){
exit(0);
}
sleep(100);
}
daemon();
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在终端运行php daemon.php && ps axj|grep daemon.php,观察一下ppid、pid、pgid、sid,结果显示：ppid确实为1，这证明进程已经被init1号进程收养。但是为什么pid、pgid、sid这三个值不一样呢？是不是弄错了？我们再看看代码，在调用posix_setsid之后，这三个值其实是一样的，只是我们又fork了一次，所以pid变了。有兴趣的同学把第二次fork的代码注释点，再观察一下，是不是一样了？

现在我我们对上节的server.php进行改写：

<?php
function 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();
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运行成功之后，关闭当前终端，打开另一终端，输入 ps axj | grep server.php观察pid、pgid、sid、ppid，并打开浏览器输入127.0.0.1:8080，看是否输出结果到这儿，我们的WEB服务器才相对完善一些了，那有的同学就又要问了，变成了守护进程，那我要怎么控制它重启，暂停呢？接下来的一节我们将介绍如何使用信号与守护进程进行通信。

信号: 我们在使用控制终端的时候，在上面键入各种各样的子程序，比如sudo apt-get安装程序，但有的时候子程序运行时间过长，我们没有耐心等下去时，我们经常会按Ctrl+c结束当前进程的运行，Ctrl+c实质上就是发送一个SIGINT信号给子程序，子程序的信号处理器接收到该信号之后，就会按预先编好的程序进行处理，这样的话即使我们脱离终端，无法进行直接的手动操作也可以利用信号控制我们编写程序的状态，那在PHP中我们如何调用函数发送信号呢？