摘要:首先,解釋一下目前領(lǐng)域比較易于混淆的概念有阻塞非阻塞同步異步多路復(fù)用等。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。
簡介
Socket(套接字)一直是網(wǎng)絡(luò)層的底層核心內(nèi)容,也是 TCP/IP 以及 UDP 底層協(xié)議的實(shí)現(xiàn)通道。隨著互聯(lián)網(wǎng)信息時(shí)代的爆炸式發(fā)展,當(dāng)代服務(wù)器的性能問題面臨越來越大的挑戰(zhàn),著名的 C10K 問題(http://www.kegel.com/c10k.html)也隨之出現(xiàn)。幸虧通過大牛們的不懈努力,區(qū)別于傳統(tǒng)的 select/poll 的 epoll/kqueue 方式出現(xiàn)了,目前 linux2.6 以上的內(nèi)核都普遍支持,這是 Socket 領(lǐng)域一項(xiàng)巨大的進(jìn)步,不僅解決了 C10K 問題,也漸漸成為了當(dāng)代互聯(lián)網(wǎng)的底層核心技術(shù)。libevent 庫就是其中一個(gè)比較出彩的項(xiàng)目(現(xiàn)在非常多的開源項(xiàng)目都有用到,包括 Memcached),感興趣的朋友可以研究一下。
由于網(wǎng)絡(luò)上系統(tǒng)介紹這個(gè)部分的文章并不多,而涉及 PHP 的就更少了,所以石頭君在這里希望通過《Socket深度探究4PHP》這個(gè)系列給對這個(gè)領(lǐng)域感興趣的讀者們一定的幫助,也希望大家能和我一起對這個(gè)問題進(jìn)行更深入的探討。首先,解釋一下目前 Socket 領(lǐng)域比較易于混淆的概念有:阻塞/非阻塞、同步/異步、多路復(fù)用等。
閱讀準(zhǔn)備1、阻塞/非阻塞:這兩個(gè)概念是針對 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)不會阻塞當(dāng)前線程,而會立刻返回。
2、同步/異步:這兩個(gè)概念是針對調(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、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)傳輸若干路信號的技術(shù)就叫做多路復(fù)用技術(shù)。對于 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)連接用多帶帶的進(jìn)程/線程來處理的 IO 模型,但是效率相對比較差,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。
同步阻塞IO模型socket_server.php
**/ set_time_limit(0); class SocketServer { private static $socket; function SocketServer($port) { global $errno, $errstr; if ($port < 1024) { die("Port must be a number which bigger than 1024/n"); } $socket = stream_socket_server("tcp://0.0.0.0:{$port}", $errno, $errstr); if (!$socket) die("$errstr ($errno)"); // stream_set_timeout($socket, -1); // 保證服務(wù)端 socket 不會超時(shí),似乎沒用:) while ($conn = stream_socket_accept($socket, -1)) { // 這樣設(shè)置不超時(shí)才油用 static $id = 0; static $ct = 0; $ct_last = $ct; $ct_data = ""; $buffer = ""; $id++; // increase on each accept echo "Client $id come./n"; while (!preg_match("http://r?/n/", $buffer)) { // 沒有讀到結(jié)束符,繼續(xù)讀 // if (feof($conn)) break; // 防止 popen 和 fread 的 bug 導(dǎo)致的死循環(huán) $buffer = fread($conn, 1024); echo "R"; // 打印讀的次數(shù) $ct += strlen($buffer); $ct_data .= preg_replace("http://r?/n/", "", $buffer); } $ct_size = ($ct - $ct_last) * 8; echo "[$id] " . __METHOD__ . " > " . $ct_data . "/n"; fwrite($conn, "Received $ct_size byte data./r/n"); fclose($conn); } fclose($socket); } } new SocketServer(2000);
socket_client.php
**/ function debug ($msg) { // echo $msg; error_log($msg, 3, "/tmp/socket.log"); } if ($argv[1]) { $socket_client = stream_socket_client("tcp://0.0.0.0:2000", $errno, $errstr, 30); // stream_set_blocking($socket_client, 0); // stream_set_timeout($socket_client, 0, 100000); if (!$socket_client) { die("$errstr ($errno)"); } else { $msg = trim($argv[1]); for ($i = 0; $i < 10; $i++) { $res = fwrite($socket_client, "$msg($i)"); usleep(100000); echo "W"; // 打印寫的次數(shù) // debug(fread($socket_client, 1024)); // 將產(chǎn)生死鎖,因?yàn)?fread 在阻塞模式下未讀到數(shù)據(jù)時(shí)將等待 } fwrite($socket_client, "/r/n"); // 傳輸結(jié)束符 debug(fread($socket_client, 1024)); fclose($socket_client); } } else { // $phArr = array(); // for ($i = 0; $i < 10; $i++) { // $phArr[$i] = popen("php ".__FILE__." "{$i}:test"", "r"); // } // foreach ($phArr as $ph) { // pclose($ph); // } for ($i = 0; $i < 10; $i++) { system("php ".__FILE__." "{$i}:test""); } }代碼分析
首先,解釋一下以上的代碼邏輯:客戶端 socket_client.php 循環(huán)發(fā)送數(shù)據(jù),最后發(fā)送結(jié)束符;服務(wù)端 socket_server.php 使用 accept 阻塞方式接收 socket 連接,然后循環(huán)接收數(shù)據(jù),直到收到結(jié)束符,返回結(jié)果數(shù)據(jù)(接收到的字節(jié)數(shù))。雖然邏輯很簡單,但是其中有幾種情況很值得分析一下:
A> 默認(rèn)情況下,運(yùn)行 php socket_client.php test,客戶端打出 10 個(gè) W,服務(wù)端打出若干個(gè) R 后面是接收到的數(shù)據(jù),/tmp/socket.log 記錄下服務(wù)端返回的接收結(jié)果數(shù)據(jù)。這種情況很容易理解,不再贅述。然后,使用 telnet 命令同時(shí)打開多個(gè)客戶端,你會發(fā)現(xiàn)服務(wù)器一個(gè)時(shí)間只處理一個(gè)客戶端,其他需要在后面“排隊(duì)”;這就是阻塞 IO 的特點(diǎn),這種模式的弱點(diǎn)很明顯,效率極低。
B> 只打開 socket_client.php 第 26 行的注釋代碼,再次運(yùn)行 php socket_client.php test 客戶端打出一個(gè) W,服務(wù)端也打出一個(gè) R,之后兩個(gè)程序都卡住了。這是為什么呢,分析邏輯后你會發(fā)現(xiàn),這是由于客戶端在未發(fā)送結(jié)束符之前就向服務(wù)端要返回?cái)?shù)據(jù);而服務(wù)端由于未收到結(jié)束符,也在向客戶端要結(jié)束符,造成死鎖。而之所以只打出一個(gè) W 和 R,是因?yàn)?fread 默認(rèn)是阻塞的。要解決這個(gè)死鎖,必須打開 socket_client.php 第 16 行的注釋代碼,給 socket 設(shè)置一個(gè) 0.1 秒的超時(shí),再次運(yùn)行你會發(fā)現(xiàn)隔 0.1 秒出現(xiàn)一個(gè) W 和 R 之后正常結(jié)束,服務(wù)端返回的接收結(jié)果數(shù)據(jù)也正常記錄了??梢?fread 缺省是阻塞的,我們在編程的時(shí)候要特別注意,如果沒有設(shè)置超時(shí),就很容易會出現(xiàn)死鎖。
C> 只打開 15 行注釋,運(yùn)行 php socket_client.php test,結(jié)果基本和情況 A 相同,唯一不同的是 /tmp/socket.log 沒有記錄下返回?cái)?shù)據(jù)。這里可以看出客戶端運(yùn)行在阻塞和非阻塞模式的區(qū)別,當(dāng)然在客戶端不在乎接受結(jié)果的情況下,可以使用非阻塞模式來獲得最大效率。
D> 運(yùn)行 php socket_client.php 是連續(xù)運(yùn)行 10 次上面的邏輯,這個(gè)沒什么問題;但是很奇怪的是如果你使用 35 - 41 行的代碼,用 popen 同時(shí)開啟 10 個(gè)進(jìn)程來運(yùn)行,就會造成服務(wù)器端的死循環(huán),十分怪異!后來經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)只要是用 popen 打開的進(jìn)程創(chuàng)建的連接會導(dǎo)致 fread 或者 socket_read 出錯(cuò)直接返回空字串,從而導(dǎo)致死循環(huán),查閱 PHP 源代碼后發(fā)現(xiàn) PHP 的 popen 和 fread 函數(shù)已經(jīng)完全不是 C 原生的了,里面都插入了大量的 php_stream_* 實(shí)現(xiàn)邏輯,初步估計(jì)是其中的某個(gè) bug 導(dǎo)致的 Socket 連接中斷所導(dǎo)致的,解決方法就是打開 socket_server.php 中 31 行的代碼,如果連接中斷則跳出循環(huán),但是這樣一來就會有很多數(shù)據(jù)丟失了,這個(gè)問題需要特別注意!
同步非阻塞IO模型select_server.php
**/ set_time_limit(0); class SelectSocketServer { private static $socket; private static $timeout = 60; private static $maxconns = 1024; private static $connections = array(); function SelectSocketServer($port) { global $errno, $errstr; if ($port < 1024) { die("Port must be a number which bigger than 1024/n"); } $socket = socket_create_listen($port); if (!$socket) die("Listen $port failed"); socket_set_nonblock($socket); // 非阻塞 while (true) { $readfds = array_merge(self::$connections, array($socket)); $writefds = array(); // 選擇一個(gè)連接,獲取讀、寫連接通道 if (socket_select($readfds, $writefds, $e = null, $t = self::$timeout)) { // 如果是當(dāng)前服務(wù)端的監(jiān)聽連接 if (in_array($socket, $readfds)) { // 接受客戶端連接 $newconn = socket_accept($socket); $i = (int) $newconn; $reject = ""; if (count(self::$connections) >= self::$maxconns) { $reject = "Server full, Try again later./n"; } // 將當(dāng)前客戶端連接放入 socket_select 選擇 self::$connections[$i] = $newconn; // 輸入的連接資源緩存容器 $writefds[$i] = $newconn; // 連接不正常 if ($reject) { socket_write($writefds[$i], $reject); unset($writefds[$i]); self::close($i); } else { echo "Client $i come./n"; } // remove the listening socket from the clients-with-data array $key = array_search($socket, $readfds); unset($readfds[$key]); } // 輪循讀通道 foreach ($readfds as $rfd) { // 客戶端連接 $i = (int) $rfd; // 從通道讀取 $line = @socket_read($rfd, 2048, PHP_NORMAL_READ); if ($line === false) { // 讀取不到內(nèi)容,結(jié)束連接 echo "Connection closed on socket $i./n"; self::close($i); continue; } $tmp = substr($line, -1); if ($tmp != "/r" && $tmp != "/n") { // 等待更多數(shù)據(jù) continue; } // 處理邏輯 $line = trim($line); if ($line == "quit") { echo "Client $i quit./n"; self::close($i); break; } if ($line) { echo "Client $i >>" . $line . "/n"; } } // 輪循寫通道 foreach ($writefds as $wfd) { $i = (int) $wfd; $w = socket_write($wfd, "Welcome Client $i!/n"); } } } } function close ($i) { socket_shutdown(self::$connections[$i]); socket_close(self::$connections[$i]); unset(self::$connections[$i]); } } new SelectSocketServer(2000);
select_client.php
**/ function debug ($msg) { // echo $msg; error_log($msg, 3, "/tmp/socket.log"); } if ($argv[1]) { $socket_client = stream_socket_client("tcp://0.0.0.0:2000", $errno, $errstr, 30); // stream_set_timeout($socket_client, 0, 100000); if (!$socket_client) { die("$errstr ($errno)"); } else { $msg = trim($argv[1]); for ($i = 0; $i < 10; $i++) { $res = fwrite($socket_client, "$msg($i)/n"); usleep(100000); // debug(fread($socket_client, 1024)); // 將產(chǎn)生死鎖,因?yàn)?fread 在阻塞模式下未讀到數(shù)據(jù)時(shí)將等待 } fwrite($socket_client, "quit/n"); // add end token debug(fread($socket_client, 1024)); fclose($socket_client); } } else { $phArr = array(); for ($i = 0; $i < 10; $i++) { $phArr[$i] = popen("php ".__FILE__." "{$i}:test"", "r"); } foreach ($phArr as $ph) { pclose($ph); } // for ($i = 0; $i < 10; $i++) { // system("php ".__FILE__." "{$i}:test""); // } }代碼分析
以上代碼的邏輯也很簡單,select_server.php 實(shí)現(xiàn)了一個(gè)類似聊天室的功能,你可以使用 telnet 工具登錄上去,和其他用戶文字聊天,也可以鍵入“quit”命令離開;而 select_client.php 則模擬了一個(gè)登錄用戶連續(xù)發(fā) 10 條信息,然后退出。這里也分析兩個(gè)問題:
A> 這里如果我們執(zhí)行 php select_client.php 程序?qū)瑫r(shí)打開 10 個(gè)連接,同時(shí)進(jìn)行模擬登錄用戶操作;觀察服務(wù)端打印的數(shù)據(jù)你會發(fā)現(xiàn)服務(wù)端確實(shí)是在同時(shí)處理這些連接,這就是多路復(fù)用實(shí)現(xiàn)的非阻塞 IO 模型,當(dāng)然這個(gè)模型并沒有真正的實(shí)現(xiàn)異步,因?yàn)樽罱K服務(wù)端程序還是要去通道里面讀取數(shù)據(jù),得到結(jié)果后同步返回給客戶端。如果這次你也使用 telnet 命令同時(shí)打開多個(gè)客戶端,你會發(fā)現(xiàn)服務(wù)端可以同時(shí)處理這些連接,這就是非阻塞 IO,當(dāng)然比古老的阻塞 IO 效率要高多了,但是這種模式還是有局限的,繼續(xù)看下去你就會發(fā)現(xiàn)了~
B> 我在 select_server.php 中設(shè)置了幾個(gè)參數(shù),大家可以調(diào)整試試:
$timeout :表示的是 select 的超時(shí)時(shí)間,這個(gè)一般來說不要太短,否則會導(dǎo)致 CPU 負(fù)載過高。
$maxconns :表示的是最大連接數(shù),客戶端超過這個(gè)數(shù)的話,服務(wù)器會拒絕接收。這里要提到的一點(diǎn)是,由于 select 是通過句柄來讀寫的,所以會受到系統(tǒng)默認(rèn)參數(shù) __FD_SETSIZE 的限制,一般默認(rèn)值為 1024,修改的話需要重新編譯內(nèi)核;另外通過測試發(fā)現(xiàn) select 模式的性能會隨著連接數(shù)的增大而線性便差(詳情見《Socket深度探究4PHP(二)》),這也就是 select 模式最大的問題所在,所以如果是超高并發(fā)服務(wù)器建議使用下一種模式。
epoll_server.php
* * Defined constants: * * EV_TIMEOUT (integer) * EV_READ (integer) * EV_WRITE (integer) * EV_SIGNAL (integer) * EV_PERSIST (integer) * EVLOOP_NONBLOCK (integer) * EVLOOP_ONCE (integer) **/ set_time_limit(0); class EpollSocketServer { private static $socket; private static $connections; private static $buffers; function EpollSocketServer ($port) { global $errno, $errstr; if (!extension_loaded("libevent")) { die("Please install libevent extension firstly/n"); } if ($port < 1024) { die("Port must be a number which bigger than 1024/n"); } $socket_server = stream_socket_server("tcp://0.0.0.0:{$port}", $errno, $errstr); if (!$socket_server) die("$errstr ($errno)"); stream_set_blocking($socket_server, 0); // 非阻塞 $base = event_base_new(); $event = event_new(); event_set($event, $socket_server, EV_READ | EV_PERSIST, array(__CLASS__, "ev_accept"), $base); event_base_set($event, $base); event_add($event); event_base_loop($base); self::$connections = array(); self::$buffers = array(); } function ev_accept($socket, $flag, $base) { static $id = 0; $connection = stream_socket_accept($socket); stream_set_blocking($connection, 0); $id++; // increase on each accept $buffer = event_buffer_new($connection, array(__CLASS__, "ev_read"), array(__CLASS__, "ev_write"), array(__CLASS__, "ev_error"), $id); event_buffer_base_set($buffer, $base); event_buffer_timeout_set($buffer, 30, 30); event_buffer_watermark_set($buffer, EV_READ, 0, 0xffffff); event_buffer_priority_set($buffer, 10); event_buffer_enable($buffer, EV_READ | EV_PERSIST); // we need to save both buffer and connection outside self::$connections[$id] = $connection; self::$buffers[$id] = $buffer; } function ev_error($buffer, $error, $id) { event_buffer_disable(self::$buffers[$id], EV_READ | EV_WRITE); event_buffer_free(self::$buffers[$id]); fclose(self::$connections[$id]); unset(self::$buffers[$id], self::$connections[$id]); } function ev_read($buffer, $id) { static $ct = 0; $ct_last = $ct; $ct_data = ""; while ($read = event_buffer_read($buffer, 1024)) { $ct += strlen($read); $ct_data .= $read; } $ct_size = ($ct - $ct_last) * 8; echo "[$id] " . __METHOD__ . " > " . $ct_data . "/n"; event_buffer_write($buffer, "Received $ct_size byte data./r/n"); } function ev_write($buffer, $id) { echo "[$id] " . __METHOD__ . "/n"; } } new EpollSocketServer(2000);
epoll_client.php
**/ function debug ($msg) { // echo $msg; error_log($msg, 3, "/tmp/socket.log"); } if ($argv[1]) { $socket_client = stream_socket_client("tcp://0.0.0.0:2000", $errno, $errstr, 30); // stream_set_blocking($socket_client, 0); if (!$socket_client) { die("$errstr ($errno)"); } else { $msg = trim($argv[1]); for ($i = 0; $i < 10; $i++) { $res = fwrite($socket_client, "$msg($i)"); usleep(100000); debug(fread($socket_client, 1024)); } fclose($socket_client); } } else { $phArr = array(); for ($i = 0; $i < 10; $i++) { $phArr[$i] = popen("php ".__FILE__." "{$i}:test"", "r"); } foreach ($phArr as $ph) { pclose($ph); } // for ($i = 0; $i < 10; $i++) { // system("php ".__FILE__." "{$i}:test""); // } }代碼解析
先說一下,以上的例子是基于 PHP 的 libevent 擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)的,需要運(yùn)行的話要先安裝此擴(kuò)展,參考:http://pecl.php.net/package/l...。
這個(gè)例子做的事情和前面介紹的第一個(gè)模型一樣,epoll_server.php 實(shí)現(xiàn)的服務(wù)端也是接受客戶端數(shù)據(jù),然后返回結(jié)果(接收到的字節(jié)數(shù))。但是,當(dāng)你運(yùn)行 php epoll_client.php 的時(shí)候你會發(fā)現(xiàn)服務(wù)端打印出來的結(jié)果和 accept 阻塞模型就大不一樣了,當(dāng)然運(yùn)行效率也有極大的提升,這是為什么呢?接下來就介紹一下 epoll/kqueue 模型:在介紹 select 模式的時(shí)候我們提到了這種模式的局限,而 epoll 就是為了解決 poll 的這兩個(gè)缺陷而生的。首先,epoll 模式基本沒有限制(參考 cat /proc/sys/fs/file-max 默認(rèn)就達(dá)到 300K,很令人興奮吧,其實(shí)這也就是所謂基于 epoll 的 Erlang 服務(wù)端可以同時(shí)處理這么多并發(fā)連接的根本原因,不過現(xiàn)在 PHP 理論上也可以做到了,呵呵);另外,epoll 模式的性能也不會像 select 模式那樣隨著連接數(shù)的增大而變差,測試發(fā)現(xiàn)性能還是很穩(wěn)定的(下篇會有詳細(xì)介紹)。
epoll 工作有兩種模式 LT(level triggered) 和 ET(edge-triggered),前者是缺省模式,同時(shí)支持阻塞和非阻塞 IO 模式,雖然性能比后者差點(diǎn),但是比較穩(wěn)定,一般來說在實(shí)際運(yùn)用中,我們都是用這種模式(ET 模式和 WinSock 都是純異步非阻塞模型)。而另外一點(diǎn)要說的是 libevent 是在編譯階段選擇系統(tǒng)的 I/O demultiplex 機(jī)制的,不支持在運(yùn)行階段根據(jù)配置再次選擇,所以我們在這里也就不細(xì)討論 libevent 的實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)了,如果朋友有興趣進(jìn)一步了解的話,請參考:http://monkey.org/~provos/lib...。
到這里,第一部分的內(nèi)容結(jié)束了,相信大家已經(jīng)了解了 Socket 編程的幾個(gè)重點(diǎn)概念和一些實(shí)戰(zhàn)技巧,在下一篇《Socket深度探究4PHP(二) 》我將會對 select/poll/epoll/kqueue 幾種模式做一下深入的介紹和對比,另外也會涉及到兩種重要的 I/O 多路復(fù)用模式:Reactor 和 Proactor 模式。
To be continued ...
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摘要:本文基于環(huán)境,采用為基礎(chǔ)來構(gòu)建實(shí)時(shí)人臉檢測與識別系統(tǒng),探索人臉識別系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的難點(diǎn)。對于人臉檢測方法,效果好于的方法,但是檢測力度也難以達(dá)到現(xiàn)場應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。本文中,我們采用了基于深度學(xué)習(xí)方法的人臉檢測系統(tǒng)。 git地址:https://github.com/chenlinzho... 本文主要介紹了系統(tǒng)涉及的人臉檢測與識別的詳細(xì)方法,該系統(tǒng)基于python2.7.10/opencv...
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