PHP socket初探 — 先从一个简单的socket服务器开始

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socket 的中文名字叫做套接字,这种东西就是对 TCP/IP 的“封装”。现实中的网络实际上只有四层而已,从上至下分别是应用层、传输层、网络层、数据链路层。最常用的 http 协议则是属于应用层的协议,而 socket,可以简单粗暴的理解为是传输层的一种东西。如果还是很难理解,那再粗暴地点儿 tcp://218.221.11.23:9999,看到没?这就是一个 tcp socket。
socket 赋予了我们操控传输层和网络层的能力,从而得到更强的性能和更高的效率,socket 编程是解决高并发网络服务器的最常用解决和成熟的解决方案。任何一名服务器程序员都应当掌握 socket 编程相关技能。
在 php 中,可以操控 socket 的函数一共有两套,一套是 socket_系列的函数,另一套是 stream_系列的函数。socket_是 php 直接将 C 语言中的 socket 抄了过来得到的实现,而 stream_系则是 php 使用流的概念将其进行了一层封装。下面用 socket_* 系函数简单为这一系列文章开个篇。
先来做个最简单 socket 服务器:
<?php
$host = ‘0.0.0.0’;
$port = 9999;
// 创建一个 tcp socket
$listen_socket = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP);
// 将 socket bind 到 IP:port 上
socket_bind($listen_socket, $host, $port);
// 开始监听 socket
socket_listen($listen_socket);
// 进入 while 循环,不用担心死循环死机,因为程序将会阻塞在下面的 socket_accept() 函数上
while(true){
// 此处将会阻塞住,一直到有客户端来连接服务器。阻塞状态的进程是不会占据 CPU 的
// 所以你不用担心 while 循环会将机器拖垮,不会的
$connection_socket = socket_accept($listen_socket);
// 向客户端发送一个 helloworld
$msg = “helloworldrn”;
socket_write($connection_socket, $msg, strlen( $msg) );
socket_close($connection_socket);
}
socket_close($listen_socket);
将文件保存为 server.php,然后执行 php server.php 运行起来。客户端我们使用 telnet 就可以了,打开另外一个终端执行 telnet 127.0.0.1 9999 按下回车即可。运行结果如下:
简单解析一下上述代码来说明一下 tcp socket 服务器的流程:

1. 首先,根据协议族(或地址族)、套接字类型以及具体的的某个协议来创建一个 socket。
2. 第二,将上一步创建好的 socket 绑定(bind)到一个 ip:port 上。
3. 第三,开启监听 linten。
4. 第四,使服务器代码进入无限循环不退出,当没有客户端连接时,程序阻塞在 accept 上,有连接进来时才会往下执行,然后再次循环下去,为客户端提供持久服务。

上面这个案例中,有两个很大的缺陷:

1. 一次只可以为一个客户端提供服务,如果正在为第一个客户端发送 helloworld 期间有第二个客户端来连接,那么第二个客户端就必须要等待片刻才行。
2. 很容易受到攻击,造成拒绝服务。

分析了上述问题后,又联想到了前面说的多进程,那我们可以在 accpet 到一个请求后就 fork 一个子进程来处理这个客户端的请求,这样当 accept 了第二个客户端后再 fork 一个子进程来处理第二个客户端的请求,这样问题不就解决了吗?OK!撸一把代码演示一下:
<?php
$host = ‘0.0.0.0’;
$port = 9999;
// 创建一个 tcp socket
$listen_socket = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP);
// 将 socket bind 到 IP:port 上
socket_bind($listen_socket, $host, $port);
// 开始监听 socket
socket_listen($listen_socket);
// 进入 while 循环,不用担心死循环死机,因为程序将会阻塞在下面的 socket_accept() 函数上
while(true){
// 此处将会阻塞住,一直到有客户端来连接服务器。阻塞状态的进程是不会占据 CPU 的
// 所以你不用担心 while 循环会将机器拖垮,不会的
$connection_socket = socket_accept($listen_socket);
// 当 accept 了新的客户端连接后,就 fork 出一个子进程专门处理
$pid = pcntl_fork();
// 在子进程中处理当前连接的请求业务
if(0 == $pid){
// 向客户端发送一个 helloworld
$msg = “helloworldrn”;
socket_write($connection_socket, $msg, strlen( $msg) );
// 休眠 5 秒钟,可以用来观察时候可以同时为多个客户端提供服务
echo time().’ : a new client’.PHP_EOL;
sleep(5);
socket_close($connection_socket);
exit;
}
}
socket_close($listen_socket);
将代码保存为 server.php,然后执行 php server.php,客户端依然使用 telnet 127.0.0.1 9999,只不过这次我们开启两个终端来执行 telnet。重点观察当第一个客户端连接上去后,第二个客户端时候也可以连接上去。运行结果如下:
通过接受到客户端请求的时间戳可以看到现在服务器可以同时为 N 个客户端服务的。但是,接着想,如果先后有 1 万个客户端来请求呢?这个时候服务器会 fork 出 1 万个子进程来处理每个客户端连接,这是会死人的。fork 本身就是一个很浪费系统资源的系统调用,1W 次 fork 足以让系统崩溃,即便当下系统承受住了 1W 次 fork,那么 fork 出来的这 1W 个子进程也够系统内存喝一壶了,最后是好不容易费劲 fork 出来的子进程在处理完毕当前客户端后又被关闭了,下次请求还要重新 fork,这本身就是一种浪费,不符合社会主义主流价值观。如果是有人恶意攻击,那么系统 fork 的数量还会呈直线上涨一直到系统崩溃。
所以,我们就再次提出增进型解决方案。我们可以预估一下业务量,然后在服务启动的时候就 fork 出固定数量的子进程,每个子进程处于无限循环中并阻塞在 accept 上,当有客户端连接挤进来就处理客户请求,当处理完成后仅仅关闭连接但本身并不销毁,而是继续等待下一个客户端的请求。这样,不仅避免了进程反复 fork 销毁巨大资源浪费,而且通过固定数量的子进程来保护系统不会因无限 fork 而崩溃。
<?php
$host = ‘0.0.0.0’;
$port = 9999;
// 创建一个 tcp socket
$listen_socket = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP);
// 将 socket bind 到 IP:port 上
socket_bind($listen_socket, $host, $port);
// 开始监听 socket
socket_listen($listen_socket);
// 给主进程换个名字
cli_set_process_title(‘phpserver master process’);
// 按照数量 fork 出固定个数子进程
for($i = 1; $i <= 10; $i++){
$pid = pcntl_fork();
if(0 == $pid){
cli_set_process_title(‘phpserver worker process’);
while(true){
$conn_socket = socket_accept($listen_socket);
$msg = “helloworldrn”;
socket_write($conn_socket, $msg, strlen( $msg) );
socket_close($conn_socket);
}
}
}
// 主进程不可以退出,代码演示比较粗暴,为了不保证退出直接走 while 循环,休眠一秒钟
// 实际上,主进程真正该做的应该是收集子进程 pid,监控各个子进程的状态等等
while(true){
sleep(1);
}
socket_close($connection_socket);
将文件保存为 server.php 后 php server.php 执行,然后再用 ps -ef | grep phpserver | grep -v grep 来看下服务器进程状态:
可以看到 master 进程存在,除此之外还有 10 个子进程处于等待服务状态,再同一个时刻可以同时为 10 个客户端提供服务。我们通过 telnet 127.0.0.1 9999 来尝试一下,运行结果如下图:
好啦,php 新的征程系列就先通过一个简单的入门开始啦!下篇将会讲述一些比较深刻的理论基础知识。
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正文完
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