PHP `pcntl_fork` 结合 `posix_kill` 实现优雅停机与进程间通信

各位观众，各位朋友，欢迎来到“PHP 进程管理与优雅停机”特别节目！我是你们的老朋友，今天咱就来聊聊 PHP 里那些“不安分”的进程，以及如何让它们乖乖听话，优雅地退休。

咱今天要讲的核心就是 pcntl_fork 和 posix_kill 这对黄金搭档，它们能让你的 PHP 代码拥有多进程的能力，还能实现进程间的通信和优雅停机。

一、 为什么要用多进程？

在开始之前，咱们先来聊聊为什么要用多进程。PHP 擅长处理 Web 请求，但有些任务特别耗时，比如：

• 发送大量的邮件
• 处理复杂的图像或视频
• 进行大数据分析
• 执行外部命令（比如调用 ffmpeg）

如果这些任务都在主进程里执行，那你的网站可能就卡死了，用户体验直线下降。这时候，多进程就能派上大用场了。你可以把这些耗时的任务交给子进程去处理，主进程继续响应用户的请求，互不干扰，效率杠杠的。

二、 pcntl_fork：进程的“分身术”

pcntl_fork 是 PHP 里创建子进程的关键函数。它就像一个“分身术”，能复制出一个和当前进程一模一样的子进程。

<?php

$pid = pcntl_fork();

if ($pid == -1) {
    // Fork 失败
    die("Could not fork");
} else if ($pid) {
    // 父进程
    echo "我是父进程，我的 PID 是 " . getmypid() . ", 子进程的 PID 是 " . $pid . PHP_EOL;
    pcntl_wait($status); // 等待子进程结束，避免产生僵尸进程
} else {
    // 子进程
    echo "我是子进程，我的 PID 是 " . getmypid() . ", 我的父进程的 PID 是 " . posix_getppid() . PHP_EOL;
    exit(0); // 子进程执行完任务后必须退出
}

?>

这段代码执行后，你会看到父进程和子进程都输出了信息。注意几个关键点：

• pcntl_fork() 返回值：
  • -1：Fork 失败
  • > 0：父进程中，返回子进程的 PID
  • 0：子进程中，返回 0
• 父进程需要用 pcntl_wait() 来等待子进程结束，避免产生僵尸进程（zombie process）。僵尸进程会占用系统资源，影响性能。
• 子进程执行完任务后一定要 exit()，否则它会继续执行父进程的代码，造成混乱。

三、 posix_kill：进程的“遥控器”

posix_kill 函数可以向指定的进程发送信号。信号就像一个“遥控器”，可以控制进程的行为。

<?php

$pid = pcntl_fork();

if ($pid == -1) {
    die("Could not fork");
} else if ($pid) {
    // 父进程
    echo "我是父进程，我的 PID 是 " . getmypid() . ", 子进程的 PID 是 " . $pid . PHP_EOL;

    sleep(5); // 等待一段时间，让子进程执行一些任务

    echo "父进程准备发送 SIGTERM 信号给子进程 " . $pid . PHP_EOL;
    posix_kill($pid, SIGTERM); // 发送 SIGTERM 信号，请求子进程终止

    pcntl_wait($status); // 等待子进程结束
    echo "子进程已经结束" . PHP_EOL;

} else {
    // 子进程
    echo "我是子进程，我的 PID 是 " . getmypid() . ", 我的父进程的 PID 是 " . posix_getppid() . PHP_EOL;

    // 注册信号处理函数
    pcntl_signal(SIGTERM, function ($signal) {
        echo "子进程接收到 SIGTERM 信号，准备退出..." . PHP_EOL;
        // 在这里可以做一些清理工作，比如关闭数据库连接、释放资源等
        exit(0);
    });

    while (true) {
        echo "子进程正在努力工作中..." . PHP_EOL;
        sleep(1);
        pcntl_signal_dispatch(); // 检查是否有信号需要处理
    }

    exit(0);
}

?>

这段代码演示了如何使用 posix_kill 发送 SIGTERM 信号给子进程，让它优雅地退出。注意几个关键点：

• SIGTERM 信号：这是一个“终止请求”信号，告诉进程“你可以准备退休了”。进程收到这个信号后，可以选择清理资源，然后退出。
• pcntl_signal()：这个函数用于注册信号处理函数。当进程收到指定的信号时，就会执行这个函数。
• pcntl_signal_dispatch()：这个函数用于分发信号。在循环中调用它可以让进程及时响应信号，避免错过信号。

四、 优雅停机：让进程好好说再见

优雅停机是指在停止进程之前，让它有机会清理资源，完成未完成的任务，避免数据丢失或损坏。使用 pcntl_fork 和 posix_kill 可以实现优雅停机。

以下是一些优雅停机的最佳实践：

• 使用 SIGTERM 信号： 这是最常用的终止信号，进程可以选择忽略它，或者执行清理操作后退出。
• 注册信号处理函数： 在信号处理函数中，可以关闭数据库连接、释放文件锁、保存未完成的数据等。
• 设置超时时间： 如果进程在收到 SIGTERM 信号后一段时间内没有退出，可以发送 SIGKILL 信号强制终止它。SIGKILL 信号是“立即终止”信号，进程无法捕获或忽略它。

<?php

$pid = pcntl_fork();

if ($pid == -1) {
    die("Could not fork");
} else if ($pid) {
    // 父进程
    echo "我是父进程，我的 PID 是 " . getmypid() . ", 子进程的 PID 是 " . $pid . PHP_EOL;

    sleep(5); // 等待一段时间，让子进程执行一些任务

    echo "父进程准备发送 SIGTERM 信号给子进程 " . $pid . PHP_EOL;
    posix_kill($pid, SIGTERM); // 发送 SIGTERM 信号，请求子进程终止

    // 设置超时时间
    $timeout = 10;
    $start = time();

    while (pcntl_waitpid($pid, $status, WNOHANG) == 0) {
        if ((time() - $start) > $timeout) {
            echo "子进程超时未退出，发送 SIGKILL 信号强制终止 " . $pid . PHP_EOL;
            posix_kill($pid, SIGKILL); // 发送 SIGKILL 信号，强制终止
            break;
        }
        sleep(1);
    }

    echo "子进程已经结束" . PHP_EOL;

} else {
    // 子进程
    echo "我是子进程，我的 PID 是 " . getmypid() . ", 我的父进程的 PID 是 " . posix_getppid() . PHP_EOL;

    // 注册信号处理函数
    pcntl_signal(SIGTERM, function ($signal) {
        echo "子进程接收到 SIGTERM 信号，准备退出..." . PHP_EOL;
        // 在这里可以做一些清理工作，比如关闭数据库连接、释放资源等
        // 模拟耗时操作
        sleep(3);
        echo "子进程清理完成，退出" . PHP_EOL;
        exit(0);
    });

    while (true) {
        echo "子进程正在努力工作中..." . PHP_EOL;
        sleep(1);
        pcntl_signal_dispatch(); // 检查是否有信号需要处理
    }

    exit(0);
}

?>

五、 进程间通信：让进程“唠嗑”

多进程之间需要进行通信，才能协同完成任务。PHP 提供了多种进程间通信的方式，比如：

• 共享内存： 多个进程可以访问同一块内存区域，进行数据交换。
• 消息队列： 进程可以向消息队列发送消息，其他进程可以从消息队列接收消息。
• 信号量： 用于控制多个进程对共享资源的访问，避免竞争条件。
• 管道： 进程可以通过管道进行单向或双向的通信。

这里我们介绍一种简单的方式：使用共享内存。

<?php

// 创建一个共享内存段
$shm_key = ftok(__FILE__, 't');
$shm_id = shm_attach($shm_key, 1024, 0666);

if ($shm_id === false) {
    die("Could not attach to shared memory");
}

$pid = pcntl_fork();

if ($pid == -1) {
    die("Could not fork");
} else if ($pid) {
    // 父进程
    echo "我是父进程，我的 PID 是 " . getmypid() . ", 子进程的 PID 是 " . $pid . PHP_EOL;

    // 从共享内存中读取数据
    $data = shm_get_var($shm_id, 1);
    echo "父进程从共享内存中读取到的数据: " . $data . PHP_EOL;

    pcntl_wait($status); // 等待子进程结束

    // 删除共享内存段
    shm_remove($shm_id);
    shm_detach($shm_id);

} else {
    // 子进程
    echo "我是子进程，我的 PID 是 " . getmypid() . ", 我的父进程的 PID 是 " . posix_getppid() . PHP_EOL;

    // 向共享内存中写入数据
    shm_put_var($shm_id, 1, "Hello from child process!");
    echo "子进程向共享内存中写入了数据" . PHP_EOL;

    exit(0);
}

?>

这段代码演示了如何使用共享内存进行进程间通信。注意几个关键点：

• ftok()：这个函数用于生成一个唯一的共享内存键值。
• shm_attach()：这个函数用于连接到共享内存段。
• shm_get_var()：这个函数用于从共享内存中读取数据。
• shm_put_var()：这个函数用于向共享内存中写入数据。
• shm_remove()：这个函数用于删除共享内存段。
• shm_detach()：这个函数用于断开与共享内存段的连接。

六、 实际案例：异步任务处理

咱们来一个实际的案例，演示如何使用 pcntl_fork 和 posix_kill 来实现异步任务处理。假设你的网站需要发送大量的邮件，你可以把发送邮件的任务交给子进程去处理，主进程继续响应用户的请求。

<?php

function send_email($email, $subject, $message) {
    // 模拟发送邮件
    echo "正在发送邮件给 " . $email . ", 主题是 " . $subject . PHP_EOL;
    sleep(2); // 模拟发送邮件的耗时
    echo "邮件发送成功" . PHP_EOL;
}

function handle_email_task($email, $subject, $message) {
    $pid = pcntl_fork();

    if ($pid == -1) {
        error_log("Could not fork");
        return false;
    } else if ($pid) {
        // 父进程
        echo "父进程创建了一个子进程来发送邮件，子进程的 PID 是 " . $pid . PHP_EOL;
        return true; // 任务已提交
    } else {
        // 子进程
        send_email($email, $subject, $message);
        exit(0); // 子进程执行完任务后必须退出
    }
}

// 模拟接收用户请求，并提交邮件发送任务
$emails = [
    "[email protected]",
    "[email protected]",
    "[email protected]",
];

foreach ($emails as $email) {
    $subject = "欢迎注册我们的网站";
    $message = "感谢您注册我们的网站，祝您使用愉快！";

    if (handle_email_task($email, $subject, $message)) {
        echo "邮件发送任务已提交" . PHP_EOL;
    } else {
        echo "邮件发送任务提交失败" . PHP_EOL;
    }
}

echo "主进程继续处理其他请求..." . PHP_EOL;

// 可以选择等待所有子进程结束
while (pcntl_waitpid(0, $status) > 0) {
    // 等待所有子进程结束
}

echo "所有邮件发送任务已完成" . PHP_EOL;

?>

这段代码演示了如何使用 pcntl_fork 创建子进程来异步发送邮件。主进程可以继续处理其他请求，而不用等待邮件发送完成。

七、 注意事项：

• 信号处理： 务必注册信号处理函数，并使用 pcntl_signal_dispatch() 来分发信号，确保进程能够及时响应信号。
• 避免僵尸进程： 父进程需要使用 pcntl_wait() 或 pcntl_waitpid() 来等待子进程结束，避免产生僵尸进程。
• 资源竞争： 在多进程环境下，需要注意资源竞争的问题，可以使用信号量或互斥锁来保护共享资源。
• 错误处理： 务必进行错误处理，避免程序崩溃。
• 扩展依赖： 确保你的 PHP 环境安装了 pcntl 扩展。

八、 总结：

pcntl_fork 和 posix_kill 是 PHP 中进行进程管理和优雅停机的利器。掌握它们，你可以编写出更加高效、稳定的 PHP 代码。

函数/信号	功能	备注
pcntl_fork()	创建一个子进程	返回值：-1（失败），>0（父进程，返回子进程 PID），0（子进程）
posix_kill()	向指定进程发送信号	常用的信号：SIGTERM（终止请求），SIGKILL（强制终止）
pcntl_wait()	等待子进程结束，避免产生僵尸进程
pcntl_signal()	注册信号处理函数
pcntl_signal_dispatch()	分发信号，让进程能够及时响应信号
SIGTERM	终止请求信号，进程可以选择清理资源后退出
SIGKILL	强制终止信号，进程无法捕获或忽略它	谨慎使用，可能导致数据丢失
共享内存	一种进程间通信方式，多个进程可以访问同一块内存区域，进行数据交换	需要使用 shm_attach()，shm_get_var()，shm_put_var() 等函数

今天就到这里了，希望大家有所收获。记住，进程管理就像驯服野马，需要耐心和技巧。祝大家在 PHP 的世界里玩得开心！感谢大家的收看，我们下期再见！