PHP socket 初探---select 系统调用

socket初探 --- 先从一个简单的socket服务器开始](https://blog.ti-node.com/blog/6382424397004668928 "PHP socket初探 --- 先从一个简单的socket服务器开始")>中依次讲解了三个逐渐进步的服务器:

  • 只能服务于一个客户端的服务器
  • 利用fork可以服务于多个客户端的额服务器
  • 利用预fork派生进程服务于多个客户端的服务器

最后一种服务器的进程模型基本上的大概原理其实跟我们常用的apache是非常相似的.
其实这种模型最大的问题在于需要根据实际业务预估进程数量,依旧是需要大量进程来解决问题,可能会出现CPU浪费在进程间切换上,还有可能会出现惊群现象(简单理解就是100个进程在等带客户端连接,来了一个客户端但是所有进程都被唤醒了,但最终只有一个进程为这个客户端服务,其余99个白白折腾),那么,有没有一种解决方案可以使得少量进程服务于多个客户端呢?
答案就是在<PHP socket初探 --- 关于IO的一些枯燥理论>中提到的"IO多路复用".多路是指多个客户端连接socket,复用就是指复用少数几个进程,多路复用本身依然隶属于同步通信方式,只是表现出的结果看起来像异步,这点值得注意.目前多路复用有三种常用的方案,依次是:

  • select,最早的解决方案
  • poll,算是select的升级版
  • epoll,目前的最终解决版,解决c10k问题的功臣

今天说的是select,这个东西本身是个Linux系统调用.在Linux中一切皆为文件,socket也不例外,每当Linux打开一个文件系统都会返回一个对应该文件的标记叫做文件描述符.文件描述符是一个非负整数,当文件描述数达到最大的时候,会重新回到小数重新开始(题外话:按照传统,一般情况下标准输入是0,标准输出是1,标准错误是2).对文件的读写操作就是利用对文件描述符的读写操作.一个进程可以操作的文件描述符的数量是有限制的,不同系统有不同的数量,在linux中,可以通过调整ulimit来调整控制.
先通过一个简单的例子说明下select的作用和功能.双11到了,你给少林足球队买了很多很多球鞋,分别有10个快递给你运送,然后你就不断地电话询问这10个快递员,你觉得有点儿累.阿梅很心疼你,于是阿梅就说:"这事儿你不用管了,你去专心练大力金刚腿吧,等任何一个快递到了,我告诉你".当其中一个快递来了后,阿梅就喊你:"下来啦,有快递!",但是,这个阿梅比较缺心眼,她不告诉你是具体哪双鞋子的快递,只告诉你有快递到了.所以,你只能依次查询一遍所有快递单的状态才能确认是哪个签收了.
上面这个例子通过结合术语演绎一遍就是,你就是服务器软件,阿梅就是select,10个快递就是10个客户端(也就是10个连接socket fd).阿梅负责替你管理着这10个连接socket fd,当其中任何一个fd有反应了也就是可以读数据或可以发送数据了,阿梅(select)就会告诉你有可以读写的fd了,但是阿梅(select)不会告诉你是哪个fd可读写,所以你必须轮循所有fd来看看是哪个fd,是可读还是可写.
是时候机械记忆一波儿了:
当你启动select后,需要将三组不同的socket fd加入到作为select的参数,传统意义上这种fd的集合就叫做fd_set,三组fd_set依次是可读集合,可写集合,异常集合.三组fd_set由系统内核来维护,每当select监控管理的三个fd_set中有可读或者可写或者异常出现的时候,就会通知调用方.调用方调用select后,调用方就会被select阻塞,等待可读可写等事件的发生.一旦有了可读可写或者异常发生,需要将三个fd_set从内核态全部copy到用户态中,然后调用方通过轮询的方式遍历所有fd,从中取出可读可写或者异常的fd并作出相应操作.如果某次调用方没有理会某个可操作的fd,那么下一次其余fd可操作时,也会再次将上次调用方未处理的fd继续返回给调用方,也就是说去遍历fd的时候,未理会的fd依然是可读可写等状态,一直到调用方理会.
上面都是我个人的理解和汇总,有错误可以指出,希望不会误人子弟.下面通过php代码实例来操作一波儿select系统调用.在php中,你可以通过stream_select或者socket_select来操作select系统调用,下面演示socket_select进行代码演示:

<?php

// BEGIN 创建一个tcp socket服务器
$host = '0.0.0.0';
$port = 9999;
$listen_socket = socket_create( AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP );
socket_bind( $listen_socket, $host, $port );
socket_listen( $listen_socket );
// END 创建服务器完毕 

// 也将监听socket放入到read fd set中去,因为select也要监听listen_socket上发生事件
$client = [ $listen_socket ];
// 先暂时只引入读事件,避免有同学晕头
$write = [];
$exp = [];

// 开始进入循环
while( true ){
  $read = $client;
  // 当select监听到了fd变化,注意第四个参数为null
  // 如果写成大于0的整数那么表示将在规定时间内超时
  // 如果写成等于0的整数那么表示不断调用select,执行后立马返回,然后继续
  // 如果写成null,那么表示select会阻塞一直到监听发生变化
  if( socket_select( $read, $write, $exp, null ) > 0 ){
    // 判断listen_socket有没有发生变化,如果有就是有客户端发生连接操作了
    if( in_array( $listen_socket, $read ) ){
      // 将客户端socket加入到client数组中
      $client_socket = socket_accept( $listen_socket );
      $client[] = $client_socket;
      // 然后将listen_socket从read中去除掉
      $key = array_search( $listen_socket, $read );
      unset( $read[ $key ] );
    }
    // 查看去除listen_socket中是否还有client_socket
    if( count( $read ) > 0 ){
      $msg = 'hello world';
      foreach( $read as $socket_item ){
      // 从可读取的fd中读取出来数据内容,然后发送给其他客户端
      $content = socket_read( $socket_item, 2048 );
      // 循环client数组,将内容发送给其余所有客户端
      foreach( $client as $client_socket ){
        // 因为client数组中包含了 listen_socket 以及当前发送者自己socket,所以需要排除二者
        if( $client_socket != $listen_socket && $client_socket != $socket_item ){
          socket_write( $client_socket, $content, strlen( $content ) );
        }
      }
      }
    }
  } 
  // 当select没有监听到可操作fd的时候,直接continue进入下一次循环
  else {
    continue;
  }

}

将文件保存为server.php,然后执行php server.php运行服务,同时再打开三个终端,执行telnet 127.0.0.1 9999,然后在任何一个telnet终端中输入"I am xiaoming!",再看其他两个telnet窗口,是不是感觉很屌?
不完全截图图下:

还没意识到问题吗?如果我们看到有三个telnet客户端连接服务器并且可以彼此之间发送消息,但是我们只用了一个进程就可以服务三个客户端,如果你愿意,可以开更多的telnet,但是服务器只需要一个进程就可以搞定,这就是IO多路复用diao的地方!
最后,我们重点解析一些socket_select函数,我们看下这个函数的原型:

int socket_select ( array &$read , array &$write , array &$except , int $tv_sec [, int $tv_usec = 0 ] )

值得注意的是$read,$write,$except三个参数前面都有一个&,也就是说这三个参数是引用类型的,是可以被改写内容的.在上面代码案例中,服务器代码第一次执行的时候,我们要把需要监听的所有fd全部放到了read数组中,然而在当系统经历了select后,这个数组的内容就会发生改变,由原来的全部read fds变成了只包含可读的read fds,这也就是为什么声明了一个client数组,然后又声明了一个read数组,然后read = client.如果我们直接将client当作socket_select的参数,那么client数组内容就被修改.假如有5个用户保存在client数组中,只有1个可读,在经过socket_select后client中就只剩下那个可读的fd了,其余4个客户端将会丢失,此时客户端的表现就是连接莫名其妙发生丢失了.


注:本文为转载,原文地址:高级PHP讲解

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