1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156## 子进程 (child_process) child_process 是Node的一个十分重要的模块，通过它可以实现创建多进程，以利用单机的多核计算资源。虽然，Nodejs天生是单线程单进程的，但是有了child_process模块，可以在程序中直接创建子进程，并使用主进程和子进程之间实现通信。 ### 进程通信 每个进程各自有不同的用户地址空间，任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程之间要交换数据必须通过内核， 在内核中开辟一块缓冲区，进程1把数据从用户空间拷到内核缓冲区，进程2再从内核缓冲区把数据读走，内核提供的这种机制称为进程间通信。 类型 | 无连接 | 可靠 | 流控制 | 优先级 ----|---------|------|----------| ----- 普通PIPE |N | Y | Y | N 命名PIPE| N | Y | Y | N 消息队列| N | Y | Y | N 信号量 | N | Y | Y | Y 共享存储| N | Y | Y | Y UNIX流SOCKET | N | Y | Y | N UNIX数据包SOCKET| Y |Y |N | N * 注:无连接: 指无需调用某种形式的open,就有发送消息的能力流控制: Node 中实现 IPC 通信的是管道技术，但只是抽象的称呼，具体细节实现由 libuv提供， 在 windows 下由命名管道（named pipe）实现， *nix 系统则采用 Unix Domain Socket实现。 也就是上表中的最后第二个。 Socket API原本是为网络通讯设计的，但后来在socket的框架上发展出一种IPC机制，就是UNIX Domain Socket。虽然网络socket也可用于同一台主机的进程间通讯（通过loopback地址127.0.0.1），但是UNIX Domain Socket用于IPC更有效率：不需要经过网络协议栈，不需要打包拆包、计算校验和、维护序号和应答等，只是将应用层数据从一个进程拷贝到另一个进程。 > Depending on the platform, unix domain sockets can achieve around 50% more throughput than the TCP/IP loopback (on Linux for instance). 这是因为，IPC机制本质上是可靠的通讯，而网络协议是为不可靠的通讯设计的。UNIX Domain Socket也提供面向流和面向数据包两种API接口，类似于TCP和UDP，但是面向消息的UNIX Domain Socket也是可靠的，消息既不会丢失也不会顺序错乱。 ### 创建子进程 * spawn()启动一个子进程来执行命令 * exec()启动一个子进程来执行命令, 带回调参数获知子进程的情况, 可指定进程运行的超时时间 * execFile()启动一个子进程来执行一个可执行文件, 可指定进程运行的超时时间 * fork() 与spawn()类似, 不同在于它创建的node子进程只需指定要执行的js文件模块即可 ```js // don't call this example code var cp = require('child_process'); cp.spawn('node', ['work.js']); cp.exec('node work.js', function(err, stdout, stderr) { // some code }); cp.execFile('work.js', function(err, stdout, stderr) { // some code }); cp.fork('./work.js'); ``` exec方法会直接调用bash（/bin/sh程序）来解释命令，所以如果有用户输入的参数，exec方法是不安全的。 ```js var path = ";user input"; child_process.exec('ls -l ' + path, function (err, data) { console.log(data); }); ``` 上面代码表示，在bash环境下，`ls -l; user input` 会直接运行。如果用户输入恶意代码，将会带来安全风险。因此，在有用户输入的情况下，最好不使用exec方法，而是使用execFile方法。 ### 建立 IPC 通道 父进程在创建子进程前创建IPC通道并监听, 用环境变量NODE_CHANNEL_FD告诉子进程的IPC的文件描述符。 ```js startup.processChannel = function() { // If we were spawned with env NODE_CHANNEL_FD then load that up and // start parsing data from that stream. if (process.env.NODE_CHANNEL_FD) { var fd = parseInt(process.env.NODE_CHANNEL_FD, 10); assert(fd >= 0); // Make sure it's not accidentally inherited by child processes. delete process.env.NODE_CHANNEL_FD; var cp = NativeModule.require('child_process'); // Load tcp_wrap to avoid situation where we might immediately receive // a message. // FIXME is this really necessary? process.binding('tcp_wrap'); cp._forkChild(fd); assert(process.send); } }; ``` 子进程在启动的过程中连接IPC的FD ```js exports._forkChild = function(fd) { // set process.send() var p = new Pipe(true); p.open(fd); p.unref(); const control = setupChannel(process, p); process.on('newListener', function(name) { if (name === 'message' || name === 'disconnect') control.ref(); }); process.on('removeListener', function(name) { if (name === 'message' || name === 'disconnect') control.unref(); }); }; ``` 建立连接后父子进程就可以自由的，全双工的通信了。 ### 句柄传递 ChildProcess 类的实例，通过调用 ChildProcess#send(message[, sendHandle[, options]][, callback]) 方法，我们可以实现与子进程的通信，其中的 sendHandle 参数支持传递 net.Server ，net.Socket 等多种句柄，使用它，我们可以很轻松的实现在进程间转发 TCP socket。 send方法可以发送的对象包括如下集中： - net.Socket对象: TCP套接字 - net.Server对象: TCP服务器 - net.Native: C++层面的TCP套接字和IPC管道 - dgram.Socket: UDP套接字 - dgram.Native: C++层面的UDP套接字 传递的过程： **主进程**： - 传递消息和句柄。 - 将消息包装成内部消息，使用 JSON.stringify 序列化为字符串。 - 通过对应的 handleConversion[message.type].send 方法序列化句柄。 - 将序列化后的字符串和句柄发入 IPC channel 。 **子进程**： - 使用 JSON.parse 反序列化消息字符串为消息对象。 - 触发内部消息事件（internalMessage）监听器。 - 将传递来的句柄使用 handleConversion[message.type].got 方法反序列化为 JavaScript 对象。 - 带着消息对象中的具体消息内容和反序列化后的句柄对象，触发用户级别事件。 ### 总结 很多应用比如 redis提供了本地访问的接口，进程通信使用的是 socket 的回环地址。当然它是通用性的考虑，否则要区分本地环境还是网络环境，如果不考虑这点，其实可以用 unix domain socket 代替，以获取更好的相互性能。 > Here you have the results on a single CPU 3.3GHz Linux machine : 类型 | TCP | UDS | PIPE -----| -----| ------| ---- latency | 6us | 2us | 2us throughput | 253702 msg/s| 1733874 msg/s | 1682796 msg/s * UDS: UNIX Domain Socket ### 参考 [1]. https://github.com/rigtorp/ipc-bench