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宏观视角下的浏览器

线程 VS 进程

多线程可以并行处理任务,但是线程是不能单独存在的,它是由进程来启动和管理的。

一个进程就是一个程序的运行实例。详细解释就是,启动一个程序的时候,操作系统会为该程序创建一块内存,用来存放代码、运行中的数据和一个执行任务的主线程,我们把这样的一个运行环境叫进程。

线程是依附于进程的,而进程中使用多线程并行处理能提升运算效率。

进程和线程之间的关系

  • 进程中的任意一线程执行出错,都会导致整个进程的崩溃。
  • 线程之间共享进程中的数据
  • 当一个进程关闭之后,操作系统会回收进程所占用的内存
  • 进程之间的内容相互隔离。

单进程浏览器时代的问题

不稳定

  • 早期浏览器需要借助于插件来实现诸如 Web 视频、Web 游戏等各种强大的功能,但是插件是最容易出问题的模块,并且还运行在浏览器进程之中,所以一个插件的意外崩溃会引起整个浏览器的崩溃。
  • 除了插件之外,渲染引擎模块也是不稳定的,通常一些复杂的 JavaScript 代码就有可能引起渲染引擎模块的崩溃。和插件一样,渲染引擎的崩溃也会导致整个浏览器的崩溃。

不流畅

  • 单个Tab页的死循环会牵扯整个浏览器的卡顿、失去响应。
  • 复杂页面的打开和关闭,不能完全回收内存,随着使用时间越来越长,浏览器会变得越来越慢。

不安全

  • 插件可以使用C/C++等代码编写,通过插件可以获取到操作系统的任意资源
  • 至于页面脚本,它可以通过浏览器的漏洞来获取系统权限

多进程浏览器时代

目前多进程架构

多进程架构

浏览器主进程

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*n

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 BlinkJavaScript 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。

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

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*n

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。

如何解决单进程架构中遇到的问题

如何解决不稳定的问题?

由于进程是相互隔离的,所以当一个页面或者插件崩溃 时,影响到的仅仅是当前的页面进程或者插件进程,并不会影响到浏览器和其他页面。

如何解决不流畅的问题?

JavaScript 也是运行在渲染进程中的,所以即使 JavaScript 阻塞了渲染进程,影响到的也只是当前的渲染页面,而并不会影响浏览器和其他页面。

对于内存泄漏的解决方法那就更简单了,因为当关闭一个页面时,整个渲染进程也会被关闭,之后该进程所占用的内存都会被系统回收

如何解决不安全的问题?

采用多进程架构的额外好处是可以使用安全沙箱,你可以把沙箱看成是操作系统给进程上了一把锁,沙箱里面的程序可以运行,但是不能在你的硬盘上写入任何数据,也不能在敏感位置读取任何数据,例如你的文档和桌面。
Chrome 把插件进程和渲染进程锁在沙箱里面,这样即使在渲染进程或者插件进程里面执行了恶意程序,恶意程序也无法突破沙箱去获取系统权限。

多进程带来的问题

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。

未来面向服务的架构

最初的浏览器都是单进程的,它们不稳定、不流畅且不安全,之后出现了 Chrome,创造性地引入了多进程架构,并解决了这些遗留问题。

随后 Chrome 试图应用到更多业务场景,如移动设备、VR、视频等,为了支持这些场景,Chrome 的架构体系变得越来越复杂,这种架构的复杂性倒逼 Chrome 开发团队必须进行架构的重构,最终 Chrome 团队选择了面向服务架构(SOA)形式,这也是 Chrome 团队现阶段的一个主要任务。

为了解决这些问题,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),每个服务都可以在独立的进程中运行,访问服务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。

Chrome 最终要把 UI、数据库、文件、设备、网络等模块重构为基础服务。 SOA进程模型图

目前 Chrome 正处在老的架构向服务化架构过渡阶段,这将是一个漫长的迭代过程。

Chrome 正在逐步构建 Chrome 基础服务(Chrome Foundation Service),如果认为Chrome 是“便携式操作系统”,那么 Chrome 基础服务便可以被视为该操作系统的“基础”系统服务层。

同时 Chrome 还提供灵活的弹性架构,在强大性能设备上会以多进程的方式运行基础服务,但是如果在资源受限的设备上,Chrome 会将很多服务整合到一个进程中,从而节省内存占用。 资源不足的设备上,将服务合并到浏览器进程中

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