多进程架构

假如我们去开发一个浏览器，它的架构

  • 可以是一个单进程多线程的应用程序
  • 也可以是一个使用IPC通信的多进程应用程序。

不同的浏览器使用不同的架构，下面主要以Chrome为例，介绍浏览器的多进程架构。在Chrome中，主要的进程有4个：

  • 浏览器进程 (Browser Process)：负责浏览器的TAB的前进、后退、地址栏、书签栏的工作和处理浏览器的一些不可见的底层操作，比如网络请求和文件访问。
  • 渲染进程 (Renderer Process)：负责一个Tab内的显示相关的工作，也称渲染引擎。
  • 插件进程 (Plugin Process)：负责控制网页使用到的插件
  • GPU进程 (GPU Process)：负责处理整个应用程序的GPU任务

工作原理

首先，当我们是要浏览一个网页，我们会在浏览器的地址栏里输入URL，这个时候Browser Process会向这个URL发送请求，获取这个URL的HTML内容，然后将HTML交给Renderer Process

Renderer Process解析HTML内容，解析遇到需要请求网络的资源又返回来交给Browser Process进行加载，同时通知Browser Process，需要Plugin Process加载插件资源，执行插件代码。

解析完成后，Renderer Process计算得到图像帧，并将这些图像帧交给GPU Process，GPU Process将其转化为图像显示屏幕。

多进程架构的好处

更高的容错性

  • 当今WEB应用中，HTML，JavaScript和CSS日益复杂，这些跑在渲染引擎的代码，频繁的出现BUG，而有些BUG会直接导致渲染引擎崩溃
  • 多进程架构使得每一个渲染引擎运行在各自的进程中，相互之间不受影响，也就是说，当其中一个页面崩溃挂掉之后，其他页面还可以正常的运行不收影响。

更高的安全性和沙盒性（sanboxing）

  • 渲染引擎会经常性的在网络上遇到不可信、甚至是恶意的代码，它们会利用这些漏洞在你的电脑上安装恶意的软件
  • 针对这一问题，浏览器对不同进程限制了不同的权限，并为其提供沙盒运行环境，使其更安全更可靠

更高的响应速度。

  • 在单进程的架构中，各个任务相互竞争抢夺CPU资源，使得浏览器响应速度变慢，而多进程架构正好规避了这一缺点

虽然浏览器的多进程模型提升了浏览器的稳定性、流畅性和安全性，但是也带来了一些其它的问题：例如 更高的资源占用和更复杂的体系结构。

浏览器的进程模式

为了节省内存，Chrome提供了四种进程模式（Process Models），不同的进程模式会对 tab 进程做不同的处理。

  • Process-per-site-instance (default) - 同一个 site-instance 使用一个进程
  • Process-per-site - 同一个 site 使用一个进程
  • Process-per-tab - 每个 tab 使用一个进程
  • Single process - 所有 tab 共用一个进程

site 和 site-instance 的定义

  • site： 指的是相同的 registered domain name(如： google.com ，bbc.co.uk)和scheme (如：https://)。

    • 比如a.baidu.com和b.baidu.com就可以理解为同一个 site（注意这里要和 Same-origin policy 区分开来，同源策略还涉及到子域名和端口）。

  • site-instance： 指的是一组 connected pages from the same site，这里 connected 的定义是 can obtain references to each other in script code

  • 满足下面两情况并且打开的新页面和旧页面属于上面定义的同一个 site，就属于同一个 site-instance

    • 用户通过 <a target="_blank"> 这种方式点击打开的新页面
    • JS代码打开的新页面，比如 window.open

解释四个进程模式

Single process

  • 顾名思义，单进程模式，所有tab都会使用同一个进程。

Process-per-tab

  • 顾名思义，每打开一个tab，会新建一个进程

Process-per-site

  • 当打开 a.baidu.com 页面，在打开 b.baidu.com 的页面，这两个页面的tab使用的是共一个进程，因为这两个页面的site相同，而如此一来，如果其中一个tab崩溃了，而另一个tab也会崩溃。

Process-per-site-instance

  • 是最重要的，因为这个是 Chrome 默认使用的模式，也就是几乎所有的用户都在用的模式
  • 当打开一个 tab 访问 a.baidu.com ，然后再打开一个 tab 访问 b.baidu.com，这两个 tab 会使用两个进程
  • 而如果在 a.baidu.com 中，通过JS代码打开了 b.baidu.com 页面，这两个 tab 会使用同一个进程。

默认模式选择

那么为什么浏览器使用Process-per-site-instance作为默认的进程模式呢？

  • 兼容了性能与易用性，是一个比较中庸通用的模式。

  • 相较于 Process-per-tab，能够少开很多进程，就意味着更少的内存占用

  • 相较于 Process-per-site，能够更好的隔离相同域名下毫无关联的 tab，更加安全