跳到主要内容

浏览器进程

提示

基于Chrome浏览器学习浏览器进程架构

查看Chrome浏览器启动的进程​

点击Chrome浏览器右上角的“选项”菜单，选择“更多工具”子菜单，点击“任务管理器”，这将打开Chrome的任务管理器的窗口，如下图：

Preview

什么是进程？什么是线程?​

进程​

进程: 指在系统中正在运行的一个应用程序,程序一旦运行就是进程。或者更专业化来说:进程是指程序执行时的一个实例，即它是程序已经执行到课中程度的数据结构的汇集。从内核的观点看，进程的目的就是担当分配系统资源（CPU时间、内存等）的基本单位。

线程​

线程: 系统分配处理器时间资源的基本单元，或者说进程之内独立执行的一个单元执行流。进程——资源分配的最小单位，线程——程序执行的最小单位。

进程与线程的区别​

  1. 因为进程拥有独立的堆栈空间和数据段，所以每当启动一个新的进程必须分配给它独立的地址空间，建立众多的数据表来维护它的代码段、堆栈段和数据段，这对于多进程来说十分“奢侈”，系统开销比较大，而线程不一样，线程拥有独立的堆栈空间，但是共享数据段，它们彼此之间使用相同的地址空间，共享大部分数据，比进程更节俭，开销比较小，切换速度也比进程快，效率高，但是正由于进程之间独立的特点，使得进程安全性比较高，也因为进程有独立的地址空间，一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其它进程产生影响，而线程只是一个进程中的不同执行路径。一个线程死掉就等于整个进程死掉。
  2. 体现在通信机制上面，正因为进程之间互不干扰，相互独立，进程的通信机制相对很复杂，譬如管道，信号，消息队列，共享内存，套接字等通信机制，而线程由于共享数据段所以通信机制很方便。。
  3. 体现在CPU系统上面，线程使得CPU系统更加有效，因为操作系统会保证当线程数不大于CPU数目时，不同的线程运行于不同的CPU上。
  4. 体现在程序结构上，举一个简明易懂的列子：当我们使用进程的时候，我们不自主的使用if else嵌套来判断pid，使得程序结构繁琐，但是当我们使用线程的时候，基本上可以甩掉它，当然程序内部执行功能单元需要使用的时候还是要使用，所以线程对程序结构的改善有很大帮助。

进程与线程之间的关系​

  1. 一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程。线程是操作系统可识别的最小执行和调度单位。
  2. 资源分配给进程，同一进程的所有线程共享该进程的所有资源。 同一进程中的多个线程共享代码段(代码和常量)，数据段(全局变量和静态变量)，扩展段(堆存储)。但是每个线程拥有自己的栈段，栈段又叫运行时段，用来存放所有局部变量和临时变量。
  3. 处理机分给线程，即真正在处理机上运行的是线程。
  4. 线程在执行过程中，需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。

什么情况下使用进程? 什么情况下使用线程？​

  1. 需要频繁创建销毁的优先使用线程；因为对进程来说创建和销毁一个进程代价是很大的
  2. 线程的切换速度快，所以在需要大量计算，切换频繁时用线程，还有耗时的操作使用线程可提高应用程序的响应
  3. 因为对CPU系统的效率使用上线程更占优，所以可能要发展到多机分布的用进程，多核分布用线程
  4. 并行操作时使用线程，如C/S架构的服务器端并发线程响应用户的请求
  5. 需要更稳定安全时，适合选择进程；需要速度时，选择线程更好

Chrome 多进程架构​

Preview

从图中可以看出，最新的 Chrome 浏览器包括：1 个浏览器（Browser）主进程、1 个 GPU 进程、1 个网络（NetWork）进程、多个渲染进程和多个插件进程。

浏览器进程​

浏览器进程 主要负责界面显示、用户交互、子进程管理，同时提供存储等功能。

渲染进程​

渲染进程 核心任务是将 HTML、CSS 和 JavaScript 转换为用户可以与之交互的网页，排版引擎 Blink 和 JavaScript 引擎 V8 都是运行在该进程中，默认情况下，Chrome 会为每个 Tab 标签创建一个渲染进程。出于安全考虑，渲染进程都是运行在沙箱模式下。渲染进程包含的线程如下:

  • GUI渲染线程
    • 负责渲染页面，布局和绘制
    • 页面需要重绘和回流时，该线程就会执行
    • 与js引擎线程互斥，防止渲染结果不可预期
  • JS引擎线程
    • 负责处理解析和执行javascript脚本程序
    • 只有一个JS引擎线程（单线程）
    • 与GUI渲染线程互斥，防止渲染结果不可预期
  • 事件触发线程
    • 用来控制事件循环（鼠标点击、setTimeout、ajax等）
    • 当事件满足触发条件时，将事件放入到JS引擎所在的执行队列中
  • 定时触发器线程
    • setInterval与setTimeout所在的线程
    • 定时任务并不是由JS引擎计时的，是由定时触发线程来计时的
    • 计时完毕后，通知事件触发线程
  • 异步http请求线程
    • 浏览器有一个单独的线程用于处理AJAX请求
    • 当请求完成时，若有回调函数，通知事件触发线程

当我们了解了渲染进程包含的这些线程后，我们思考两个问题:

  • 为什么 javascript 是单线程的?

    首先是历史原因，在创建 Javascript 这门语言时，多进程多线程的架构并不流行，硬件支持并不好。其次是因为多线程的复杂性，多线程操作需要加锁，编码的复杂性会增高。而且，如果同时操作DOM ，在多线程不加锁的情况下，最终会导致 DOM 渲染的结果不可预期。

  • 为什么 GUI 渲染线程与 JS 引擎线程互斥

    这是由于JavaScript是可以操作DOM的，如果同时修改元素属性并同时渲染界面(即 JS线程和UI线程同时运行)， 那么渲染线程前后获得的元素就可能不一致了。因此，为了防止渲染出现不可预期的结果，浏览器设定GUI渲染线程和JavaScript引擎线程为互斥关系， 当JavaScript引擎线程执行时GUI渲染线程会被挂起，GUI更新则会被保存在一个队列中等待JS引擎线程空闲时立即被执行。

GPU 进程​

GPU 进程 其实，Chrome 刚开始发布的时候是没有 GPU 进程的。而 GPU 的使用初衷是为了实现 3D CSS 的效果，只是随后网页、Chrome 的 UI 界面都选择采用 GPU 来绘制，这使得 GPU 成为浏览器普遍的需求。最后，Chrome 在其多进程架构上也引入了 GPU 进程。

网络进程​

网络进程 主要负责页面的网络资源加载，之前是作为一个模块运行在浏览器进程里面的，直至最近才独立出来，成为一个单独的进程。

插件进程​

插件进程 主要是负责插件的运行，因插件易崩溃，所以需要通过插件进程来隔离，以保证插件进程崩溃不会对浏览器和页面造成影响。

多进程问题​

  1. 对于浏览器多进程的思考: 浏览器多进程模型提升了浏览器的稳定性、流畅性和安全性，但同样不可避免地带来了一些问题:

    • 更高的资源占用 因为每个进程都会包含公共基础结构的副本（如 JavaScript 运行环境），这就意味着浏览器会消耗更多的内存资源。
    • 更复杂的体系架构 浏览器各模块之间耦合性高、扩展性差等问题，会导致现在的架构已经很难适应新的需求了。

  2. 浏览器多进程的优势:

    • 避免单个page crash影响整个浏览器
    • 避免第三方插件crash影响整个浏览器
    • 多进程充分利用多核优势
    • 方便使用沙盒模型隔离插件等进程，提高浏览器稳定性

未来面向服务的架构​

为了解决更高的资源占用以及更复杂的体系架构的问题，在 2016 年，Chrome 官方团队使用“面向服务的架构”（Services Oriented Architecture，简称 SOA）的思想设计了新的 Chrome 架构。也就是说 Chrome 整体架构会朝向现代操作系统所采用的“面向服务的架构” 方向发展，原来的各种模块会被重构成独立的服务（Service），每个服务（Service）都可以在独立的进程中运行，访问服务（Service）必须使用定义好的接口，通过IPC来通信，从而构建一个更内聚、松耦合、易于维护和扩展的系统，更好实现 Chrome 简单、稳定、高速、安全的目标。

理解: 以前是每个页面需要若干进程完成各自的工作，现在是将各个页面通用的功能（视频、网络、渲染等）发布为系统服务，页面在需要的时候与相应的服务通信完成需要的功能。这起码把进程间的耦合从页面中分离出去了。如下图所示:

Preview

思考​

  • 回顾浏览器的进化路线，你认为推动浏览器发展的主要动力是什么？

    互联网的兴起，web应用程序可快速开发的特性以及可访问性。倒逼浏览器厂商不断进行以适应市场环境的变化。

参考资料​

极客时间-李兵-浏览器工作原理与实践

进程和线程的区别