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編寫自己的js運(yùn)行時(shí)第二篇

前言：第一版基于V8實(shí)現(xiàn)了一個(gè)樸素版的服務(wù)器，第二版支持了多進(jìn)程架構(gòu)，并且支持了SO_REUSEPORT。本文介紹一下第二版的一些實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)上還是比較隨意的，目前主要關(guān)注功能。

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首先我們看看第二版怎么使用。

1 通過fork共享端口

 
 
 
    
  
  
  
  1. const TCPServer = TCP(); 
    2. 
  
  
  
  2.  
    3. 
  
  
  
  3. const tcpServer = new TCPServer('127.0.0.1', 8989); 
    4. 
  
  
  
  4.  
    5. 
  
  
  
  5. tcpServer.socket(); 
    6. 
  
  
  
  6. tcpServer.setReusePort(1); 
    7. 
  
  
  
  7. tcpServer.bind(); 
    8. 
  
  
  
  8. tcpServer.listen(); 
    9. 
  
  
  
  9.  
    10. 
  
  
  
  10. for (let i = 0; i < 3; i++) { 
    11. 
  
  
  
  11.  
    12. 
  
  
  
  12.     // 等于0說(shuō)明是子進(jìn)程，進(jìn)入處理連接的邏輯，否則是主進(jìn)程，循環(huán)創(chuàng)建多個(gè)進(jìn)程 
    13. 
  
  
  
  13.     if (Child_Process.fork() === 0) { 
    14. 
  
  
  
  14.         while(1) { 
    15. 
  
  
  
  15.             tcpServer.accept(); 
    16. 
  
  
  
  16.         }  
    17. 
  
  
  
  17.     } 
    18. 
  
  
  
  18.  
    19. 
  
  
  
  19. } 
    20. 
  
  
  
  20.  
    21. 
  
  
  
  21. // 主進(jìn)程創(chuàng)建完子進(jìn)程后自己進(jìn)入阻塞狀態(tài) 
    22. 
  
  
  
  22.  
    23. 
  
  
  
  23. Child_Process.wait(); 
    24.

通過fork共享端口版本的原理是主進(jìn)程首先創(chuàng)建一個(gè)socket并且綁定一個(gè)端口。然后通過fork的方式讓多個(gè)子進(jìn)程共享監(jiān)聽的端口。最后主進(jìn)程進(jìn)入阻塞模式。核心實(shí)現(xiàn)是fork，我們看看代碼。

 
 
 
    
  
  
  
  1. static Local ChildProcess(Isolate * isolate) { 
  
  
  
  2.   Local target = ObjectTemplate::New(isolate); 
    3. 
  
  
  
  3.   Local forkName = String::NewFromUtf8(isolate, "fork", NewStringType::kNormal, strlen("fork")).ToLocalChecked(); 
    4. 
  
  
  
  4.   Local waitName = String::NewFromUtf8(isolate, "wait", NewStringType::kNormal, strlen("wait")).ToLocalChecked(); 
    5. 
  
  
  
  5.  
    6. 
  
  
  
  6.   target->Set(forkName, FunctionTemplate::New(isolate, Child_Process::Fork)); 
    7. 
  
  
  
  7.   target->Set(waitName, FunctionTemplate::New(isolate, Child_Process::Wait)); 
    8. 
  
  
  
  8.   Local obj; 
  
  
  
  9.   bool ignore = target->NewInstance(isolate->GetCurrentContext()).ToLocal(&obj); 
    10. 
  
  
  
  10.   return obj; 
    11. 
  
  
  
  11.  
    12. 
  
  
  
  12. } 
    13. 
 
 
 
    第二版加入了進(jìn)程模塊，上面的代碼定義了進(jìn)程模塊的功能。然后注入到全局變量，No.js目前的設(shè)計(jì)中，每個(gè)模塊是一個(gè)全局變量，和我們使用Object、Array一樣，不像Node.js的C++模塊是鏈成一條鏈表。
    

     
 
 
      
  
  
  
    1. // 模塊名稱 
      2. 
  
  
  
    2. Local child_process_name = String::NewFromUtf8(isolate, "Child_Process",  strlen("Child_Process")).ToLocalChecked();// 注冊(cè)全局變量 
      3. 
  
  
  
    3. global->Set(context, child_process_name, ChildProcess(isolate)); 
      4. 
 
 
 
    這樣就完成了模塊的注入，在JS層就可以使用了。下面我們看看具體的實(shí)現(xiàn)。
    

     
 
 
      
  
  
  
    1. class Child_Process { 
      2. 
  
  
  
    2.     public: 
      3. 
  
  
  
    3.  
      4. 
  
  
  
    4.         static void Fork(const FunctionCallbackInfo& info) { 
      5. 
  
  
  
    5.             info.GetReturnValue().Set(Number::New(info.GetIsolate(), fork())); 
      6. 
  
  
  
    6.         } 
      7. 
  
  
  
    7.  
      8. 
  
  
  
    8.         static void Wait(const FunctionCallbackInfo& info) { 
      9. 
  
  
  
    9.             int status; 
      10. 
  
  
  
    10.             wait(&status); 
      11. 
  
  
  
    11.         } 
      12. 
  
  
  
    12.  
      13. 
  
  
  
    13. }; 
      14. 
 
 
 
    實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單，只是對(duì)fork函數(shù)的封裝，重點(diǎn)在于對(duì)fork函數(shù)的理解， 執(zhí)行fork函數(shù)后會(huì)創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程，子進(jìn)程的fork返回0，主進(jìn)程返回子進(jìn)程id，通過這個(gè)特性，我們可以寫一個(gè)if判斷處理下一步的邏輯。
    

    2 通過fork+execve+reuserport共享端口
    

    第二種模式是比較復(fù)雜且比較高性能的模式，之前的文章介紹過不同服務(wù)器架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)和優(yōu)缺點(diǎn)，第一種fork共享端口的模式中，會(huì)有驚群和負(fù)載不均衡的問題，有興趣可以參考之前的文章，就不多介紹。接下來(lái)看第二種模式的使用(下面代碼是execve-server.js)。
    

     
 
 
      
  
  
  
    1. const TCPServer = TCP(); 
      2. 
  
  
  
    2.  
      3. 
  
  
  
    3. const tcpServer = new TCPServer('127.0.0.1', 8989); 
      4. 
  
  
  
    4.  
      5. 
  
  
  
    5. tcpServer.socket(); 
      6. 
  
  
  
    6. tcpServer.setReusePort(1); 
      7. 
  
  
  
    7. tcpServer.bind(); 
      8. 
  
  
  
    8. tcpServer.listen(); 
      9. 
  
  
  
    9.  
      10. 
  
  
  
    10. const isMaster = Child_Process.getEnv("isMaster") === ""; 
      11. 
  
  
  
    11.  
      12. 
  
  
  
    12. if (isMaster) { 
      13. 
  
  
  
    13.  
      14. 
  
  
  
    14.     for (let i = 0; i < 3; i++) { 
      15. 
  
  
  
    15.         Child_Process.execve("./No", "execve-server.js");   
      16. 
  
  
  
    16.     } 
      17. 
  
  
  
    17.     Child_Process.wait(); 
      18. 
  
  
  
    18.  
      19. 
  
  
  
    19. } else { 
      20. 
  
  
  
    20.  
      21. 
  
  
  
    21.     while(1) { 
      22. 
  
  
  
    22.         tcpServer.accept(); 
      23. 
  
  
  
    23.     } 
      24. 
  
  
  
    24.  
      25. 
  
  
  
    25. } 
      26. 
 
 
 
    我們知道多個(gè)進(jìn)程是不能綁定同一個(gè)端口的，第一種模式中通過fork繞過了這個(gè)限制，第二版面對(duì)并解決了這個(gè)問題。上面代碼的邏輯看起來(lái)也很簡(jiǎn)單，主進(jìn)程創(chuàng)建多個(gè)子進(jìn)程，并且在每個(gè)子進(jìn)程里執(zhí)行同一個(gè)文件execve-server.js。然后在execve-server.js中通過環(huán)境變量isMaster區(qū)分主子進(jìn)程進(jìn)行不同的處理，當(dāng)然也可以執(zhí)行新的文件。這里是為了提到isMaster這個(gè)環(huán)境變量。上面代碼中，重點(diǎn)是setReusePort和execve，下面我們具體看一下實(shí)現(xiàn)。
    

     
 
 
      
  
  
  
    1. static Local ChildProcess(Isolate * isolate) { 
  
  
  
    2.   Local target = ObjectTemplate::New(isolate); 
      3. 
  
  
  
    3.   Local execveName = String::NewFromUtf8(isolate, "execve", NewStringType::kNormal, strlen("execve")).ToLocalChecked(); 
      4. 
  
  
  
    4.   Local getEnvName = String::NewFromUtf8(isolate, "getEnv", NewStringType::kNormal, strlen("getEnv")).ToLocalChecked(); 
      5. 
  
  
  
    5.  
      6. 
  
  
  
    6.   target->Set(execveName, FunctionTemplate::New(isolate, Child_Process::Execve)); 
      7. 
  
  
  
    7.   target->Set(getEnvName, FunctionTemplate::New(isolate, Child_Process::GetEnv)); 
      8. 
  
  
  
    8.   Local obj; 
  
  
  
    9.   bool ignore = target->NewInstance(isolate->GetCurrentContext()).ToLocal(&obj); 
      10. 
  
  
  
    10.   return obj; 
      11. 
  
  
  
    11.  
      12. 
  
  
  
    12. } 
      13. 
 
 
 
      同樣，先定義入口使得JS可以調(diào)用。另外給TCP模塊定義了一個(gè)新接口setReusePort。
      

       
 
 
        
  
  
  
      1. SetProtoMethod(isolate, TCPServer, "setReusePort", TCPServer::TCPServerSetUserPort); 
        2. 
 
 
 
      接下來(lái)看底層的實(shí)現(xiàn)，首先看TCPServerSetUserPort的實(shí)現(xiàn)。
      

       
 
 
        
  
  
  
      1. static void TCPServerSetUserPort(const FunctionCallbackInfo& info) { 
        2. 
  
  
  
      2.     int on = info[0].As()->Value(); 
        3. 
  
  
  
      3.     GetTCPServer(info.Holder())->Setsockopt(SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, &on, sizeof(on)); 
        4. 
  
  
  
      4.  
        5. 
  
  
  
      5. } 
        6. 
  
  
  
      6.  
        7. 
  
  
  
      7.  
        8. 
  
  
  
      8.  
        9. 
  
  
  
      9. int Setsockopt(int level, int optionName, const void *optionValue, socklen_t option_len) { 
        10. 
  
  
  
      10.  
        11. 
  
  
  
      11.     return setsockopt(listerFd, level, optionName, optionValue, option_len); 
        12. 
  
  
  
      12.  
        13. 
  
  
  
      13. } 
        14. 
 
 
 
      簡(jiǎn)單地對(duì)setsockopt的封裝，沒有太多需要講的。下面看環(huán)境變量和execve的邏輯。
      

       
 
 
        
  
  
  
      1. class Child_Process { 
        2. 
  
  
  
      2.     public: 
        3. 
  
  
  
      3.  
        4. 
  
  
  
      4.         static void GetEnv(const FunctionCallbackInfo& info) { 
        5. 
  
  
  
      5.             String::Utf8Value key(info.GetIsolate(), info[0]); 
        6. 
  
  
  
      6.             char * value = getenv(*key); 
        7. 
  
  
  
      7.             // Logger::log(value); 
        8. 
  
  
  
      8.             Local str = String::NewFromUtf8(info.GetIsolate(), value, NewStringType::kNormal, strlen(value)).ToLocalChecked(); 
        9. 
  
  
  
      9.             info.GetReturnValue().Set(str); 
        10. 
  
  
  
      10.         } 
        11. 
  
  
  
      11.  
        12. 
  
  
  
      12.         static void Execve(const FunctionCallbackInfo& info) { 
        13. 
  
  
  
      13.             int length = info.Length(); 
        14. 
  
  
  
      14.             char** args = new char*[length + 1]; 
        15. 
  
  
  
      15.             int i = 0; 
        16. 
  
  
  
      16.             for (i = 0; i < length; i++) { 
        17. 
  
  
  
      17.                 String::Utf8Value arg(info.GetIsolate(), info[i]); 
        18. 
  
  
  
      18.                 args[i] = strdup(*arg); 
        19. 
  
  
  
      19.             } 
        20. 
  
  
  
      20.             args[i] = NULL; 
        21. 
  
  
  
      21.             char *env[] = { "isMaster=0", NULL }; 
        22. 
  
  
  
      22.             // int fd[2]; 
        23. 
  
  
  
      23.             // socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, fd); 
        24. 
  
  
  
      24.  
        25. 
  
  
  
      25.             int pid = fork(); 
        26. 
  
  
  
      26.             if (pid == 0) { 
        27. 
  
  
  
      27.                 // close(fd[0]); 
        28. 
  
  
  
      28.                 execve(args[0], args, env); 
        29. 
  
  
  
      29.                 // execve會(huì)加載可執(zhí)行文件，從新的入口開始執(zhí)行，執(zhí)行到這說(shuō)明execve出錯(cuò)了 
        30. 
  
  
  
      30.                 write(1, strerror(errno), sizeof(strerror(errno))); 
        31. 
  
  
  
      31.                 exit(-1); 
        32. 
  
  
  
      32.             } 
        33. 
  
  
  
      33.             // close(fd[1]); 
        34. 
  
  
  
      34.             if (args) { 
        35. 
  
  
  
      35.                 for (int i = 0; i < length && args[i]; i++) { 
        36. 
  
  
  
      36.                     free(args[i]); 
        37. 
  
  
  
      37.                 } 
        38. 
  
  
  
      38.                 delete [] args; 
        39. 
  
  
  
      39.             } 
        40. 
  
  
  
      40.         } 
        41. 
  
  
  
      41.  
        42. 
  
  
  
      42. }; 
        43. 
 
 
 
      目前只實(shí)現(xiàn)了獲取環(huán)境變量的邏輯，主要是對(duì)getenv的封裝。execve的代碼看起來(lái)很多，主要是參數(shù)的處理，我們只需要關(guān)注下面的代碼。
      

       
 
 
        
  
  
  
      1. int pid = fork(); 
        2. 
  
  
  
      2.  // 子進(jìn)程重新加載新的可執(zhí)行文件 
        3. 
  
  
  
      3.  if (pid == 0) { 
        4. 
  
  
  
      4.      // close(fd[0]); 
        5. 
  
  
  
      5.      execve(args[0], args, env); 
        6. 
  
  
  
      6.      // execve會(huì)加載可執(zhí)行文件，從新的入口開始執(zhí)行，執(zhí)行到這說(shuō)明execve出錯(cuò)了 
        7. 
  
  
  
      7.      write(1, strerror(errno), sizeof(strerror(errno))); 
        8. 
  
  
  
      8.      exit(-1); 
        9. 
  
  
  
      9.  } 
        10. 
 
 
 
      首先通過fork創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程，然后通過execve加載要執(zhí)行的代碼(這里是./No execve-server.js)。重點(diǎn)是execve函數(shù)會(huì)重新加載可執(zhí)行文件，然后從新的地址(可執(zhí)行文件中指定)開始執(zhí)行，所以我們看到execve后是不需要return的，因?yàn)橄旅娴拇a不會(huì)執(zhí)行了，除非execve執(zhí)行出錯(cuò)了，這里我們打印錯(cuò)誤信息然后退出進(jìn)程。第二種模式的好處就是我們可以隨意在多個(gè)js文件中綁定同一個(gè)端口而不會(huì)報(bào)錯(cuò)，這得益于SO_REUSEPORT的特性。SO_REUSEPORT讓每個(gè)進(jìn)程對(duì)應(yīng)一個(gè)連接隊(duì)列，解決了驚群?jiǎn)栴}，并且內(nèi)核負(fù)責(zé)連接分發(fā)的復(fù)雜均衡，不僅提高了性能，同時(shí)使得應(yīng)用程序變得簡(jiǎn)單。
      

      3 和Node.js相比
      

      Node.js的進(jìn)程是通過fork+execve實(shí)現(xiàn)的，Cluster模塊基于進(jìn)程模塊實(shí)現(xiàn)了多進(jìn)程架構(gòu)，主要有兩種模式：輪詢和共享，輪詢就是主進(jìn)程接收連接分發(fā)給子進(jìn)程處理，子進(jìn)程不接收連接只負(fù)責(zé)處理業(yè)務(wù)邏輯。這種模式的好處是沒有驚群現(xiàn)象，但是主進(jìn)程的能力會(huì)成為服務(wù)器的瓶頸，共享模式和本文的第一種一樣，多個(gè)子進(jìn)程共享一個(gè)端口，但是實(shí)現(xiàn)不一樣，本文是主進(jìn)程創(chuàng)建socket通過fork子進(jìn)程共享，Node.js是主進(jìn)程創(chuàng)建socket通過文件描述符的方式傳遞給子進(jìn)程，不過殊途同歸，主要是讓多個(gè)子進(jìn)程共享監(jiān)聽socket。本文的第二種模式，目前Node.js還不支持，因?yàn)镾O_REUSEPORT是比較新的特性，但是對(duì)性能提升非常大。
      后記：以上就是第二版新增的功能，我們已經(jīng)具備了一個(gè)可以處理請(qǐng)求的多進(jìn)程架構(gòu)服務(wù)器，但是目前還是單進(jìn)程里串行處理請(qǐng)求的，我們還需要很多東西，文件、IPC、事件驅(qū)動(dòng)模塊、HTTP解析器等等，后續(xù)會(huì)考慮把最近寫的Node.js io_uring Addon合進(jìn)來(lái)。最近把頭文件和V8靜態(tài)庫(kù)都打包了，有興趣的同學(xué)可以自行編譯運(yùn)行https://github.com/theanarkh/No.js。
                                                      
      
                                                本文題目：編寫自己的js運(yùn)行時(shí)第二篇                                                
      
                                                本文路徑：http://www.dlmjj.cn/article/cddshih.html