编写自己的js运行时
发布于 16 天前 作者 theanarkh 1335 次浏览 来自 分享

前言:第一版基于V8实现了一个朴素版的服务器《从No.js看Node.js原理》,第二版支持了多进程架构,并且支持了SO_REUSEPORT。本文介绍一下第二版的一些实现,设计上还是比较随意的,目前主要关注功能。

首先我们看看第二版怎么使用。

1 通过fork共享端口

const TCPServer = TCP();
const tcpServer = new TCPServer('127.0.0.1', 8989);
tcpServer.socket();
tcpServer.setReusePort(1);
tcpServer.bind();
tcpServer.listen();
for (let i = 0; i < 3; i++) {
	// 等于0说明是子进程,进入处理连接的逻辑,否则是主进程,循环创建多个进程
    if (Child_Process.fork() === 0) {
        while(1) {
            tcpServer.accept();
        } 
    }
}
// 主进程创建完子进程后自己进入阻塞状态
Child_Process.wait();

通过fork共享端口版本的原理是主进程首先创建一个socket并且绑定一个端口。然后通过fork的方式让多个子进程共享监听的端口。最后主进程进入阻塞模式。核心实现是fork,我们看看代码。

static Local<Object> ChildProcess(Isolate * isolate) {
  Local<ObjectTemplate> target = ObjectTemplate::New(isolate);
  Local<String> forkName = String::NewFromUtf8(isolate, "fork", NewStringType::kNormal, strlen("fork")).ToLocalChecked();
  Local<String> waitName = String::NewFromUtf8(isolate, "wait", NewStringType::kNormal, strlen("wait")).ToLocalChecked();
   
  target->Set(forkName, FunctionTemplate::New(isolate, Child_Process::Fork));
  target->Set(waitName, FunctionTemplate::New(isolate, Child_Process::Wait));
  Local<Object> obj;
  bool ignore = target->NewInstance(isolate->GetCurrentContext()).ToLocal(&obj);
  return obj;
}

第二版加入了进程模块,上面的代码定义了进程模块的功能。然后注入到全局变量,No.js目前的设计中,每个模块是一个全局变量,和我们使用Object、Array一样,不像Node.js的C++模块是链成一条链表。

// 模块名称
Local<Value> child_process_name = String::NewFromUtf8(isolate, "Child_Process",  strlen("Child_Process")).ToLocalChecked();
// 注册全局变量
global->Set(context, child_process_name, ChildProcess(isolate));

这样就完成了模块的注入,在JS层就可以使用了。下面我们看看具体的实现。

class Child_Process {
    public:

        static void Fork(const FunctionCallbackInfo<Value>& info) {
            info.GetReturnValue().Set(Number::New(info.GetIsolate(), fork()));
        }
        
        static void Wait(const FunctionCallbackInfo<Value>& info) {
            int status;
            wait(&status);
        }
        
};

实现很简单,只是对fork函数的封装,重点在于对fork函数的理解, 执行fork函数后会创建一个子进程,子进程的fork返回0,主进程返回子进程id,通过这个特性,我们可以写一个if判断处理下一步的逻辑。

2 通过fork+execve+reuserport共享端口

第二种模式是比较复杂且比较高性能的模式,之前的文章介绍过不同服务器架构的实现和优缺点,第一种fork共享端口的模式中,会有惊群和负载不均衡的问题,有兴趣可以参考之前的文章,就不多介绍。接下来看第二种模式的使用(下面代码是execve-server.js)。

const TCPServer = TCP();
const tcpServer = new TCPServer('127.0.0.1', 8989);
tcpServer.socket();
tcpServer.setReusePort(1);
tcpServer.bind();
tcpServer.listen();
const isMaster = Child_Process.getEnv("isMaster") === "";
if (isMaster) {
    for (let i = 0; i < 3; i++) {
        Child_Process.execve("./No", "execve-server.js");  
    }
    Child_Process.wait();
} else {
    while(1) {
        tcpServer.accept();
    }
}

我们知道多个进程是不能绑定同一个端口的,第一种模式中通过fork绕过了这个限制,第二版面对并解决了这个问题。上面代码的逻辑看起来也很简单,主进程创建多个子进程,并且在每个子进程里执行同一个文件execve-server.js。然后在execve-server.js中通过环境变量isMaster区分主子进程进行不同的处理,当然也可以执行新的文件。这里是为了提到isMaster这个环境变量。上面代码中,重点是setReusePort和execve,下面我们具体看一下实现。

static Local<Object> ChildProcess(Isolate * isolate) {
  Local<ObjectTemplate> target = ObjectTemplate::New(isolate);
  Local<String> execveName = String::NewFromUtf8(isolate, "execve", NewStringType::kNormal, strlen("execve")).ToLocalChecked();
  Local<String> getEnvName = String::NewFromUtf8(isolate, "getEnv", NewStringType::kNormal, strlen("getEnv")).ToLocalChecked();
   
  target->Set(execveName, FunctionTemplate::New(isolate, Child_Process::Execve));
  target->Set(getEnvName, FunctionTemplate::New(isolate, Child_Process::GetEnv));
  Local<Object> obj;
  bool ignore = target->NewInstance(isolate->GetCurrentContext()).ToLocal(&obj);
  return obj;
}

同样,先定义入口使得JS可以调用。另外给TCP模块定义了一个新接口setReusePort。

SetProtoMethod(isolate, TCPServer, "setReusePort", TCPServer::TCPServerSetUserPort);

接下来看底层的实现,首先看TCPServerSetUserPort的实现。

static void TCPServerSetUserPort(const FunctionCallbackInfo<Value>& info) {
    int on = info[0].As<Uint32>()->Value();
    GetTCPServer(info.Holder())->Setsockopt(SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, &on, sizeof(on));
}

int Setsockopt(int level, int optionName, const void *optionValue, socklen_t option_len) {
    return setsockopt(listerFd, level, optionName, optionValue, option_len);
}

简单地对setsockopt的封装,没有太多需要讲的。下面看环境变量和execve的逻辑。

class Child_Process {
    public:

        static void GetEnv(const FunctionCallbackInfo<Value>& info) {
            String::Utf8Value key(info.GetIsolate(), info[0]);
            char * value = getenv(*key);
            // Logger::log(value);
            Local<String> str = String::NewFromUtf8(info.GetIsolate(), value, NewStringType::kNormal, strlen(value)).ToLocalChecked();
            info.GetReturnValue().Set(str);
        }

        static void Execve(const FunctionCallbackInfo<Value>& info) {
            int length = info.Length();
            char** args = new char*[length + 1];
            int i = 0;
            for (i = 0; i < length; i++) {
                String::Utf8Value arg(info.GetIsolate(), info[i]);
                args[i] = strdup(*arg);
            }
            args[i] = NULL;
            char *env[] = { "isMaster=0", NULL };
            // int fd[2];
            // socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, fd);

            int pid = fork();
            if (pid == 0) {
                // close(fd[0]);
                execve(args[0], args, env);
                // execve会加载可执行文件,从新的入口开始执行,执行到这说明execve出错了
                write(1, strerror(errno), sizeof(strerror(errno)));
                exit(-1);
            }
            // close(fd[1]);
            if (args) {
                for (int i = 0; i < length && args[i]; i++) {
                    free(args[i]);
                }
                delete [] args;
            }
        }
        
};
   

目前只实现了获取环境变量的逻辑,主要是对getenv的封装。execve的代码看起来很多,主要是参数的处理,我们只需要关注下面的代码。

 int pid = fork();
 // 子进程重新加载新的可执行文件
 if (pid == 0) {
     // close(fd[0]);
     execve(args[0], args, env);
     // execve会加载可执行文件,从新的入口开始执行,执行到这说明execve出错了
     write(1, strerror(errno), sizeof(strerror(errno)));
     exit(-1);
 }

首先通过fork创建一个子进程,然后通过execve加载要执行的代码(这里是./No execve-server.js)。重点是execve函数会重新加载可执行文件,然后从新的地址(可执行文件中指定)开始执行,所以我们看到execve后是不需要return的,因为下面的代码不会执行了,除非execve执行出错了,这里我们打印错误信息然后退出进程。第二种模式的好处就是我们可以随意在多个js文件中绑定同一个端口而不会报错,这得益于SO_REUSEPORT的特性。SO_REUSEPORT让每个进程对应一个连接队列,解决了惊群问题,并且内核负责连接分发的复杂均衡,不仅提高了性能,同时使得应用程序变得简单。

3 和Node.js相比

Node.js的进程是通过fork+execve实现的,Cluster模块基于进程模块实现了多进程架构,主要有两种模式:轮询和共享,轮询就是主进程接收连接分发给子进程处理,子进程不接收连接只负责处理业务逻辑。这种模式的好处是没有惊群现象,但是主进程的能力会成为服务器的瓶颈,共享模式和本文的第一种一样,多个子进程共享一个端口,但是实现不一样,本文是主进程创建socket通过fork子进程共享,Node.js是主进程创建socket通过文件描述符的方式传递给子进程,不过殊途同归,主要是让多个子进程共享监听socket。本文的第二种模式,目前Node.js还不支持(可以参考pr介绍),SO_REUSEPORT是比较新的特性,对性能提升非常大。

后记:以上就是第二版新增的功能,我们已经具备了一个可以处理请求的多进程架构服务器,但是目前还是单进程里串行处理请求的,我们还需要很多东西,文件、IPC、事件驱动模块、HTTP解析器等等,后续会考虑把最近写的Node.js io_uring Addon合进来。最近把头文件和V8静态库都打包了,有兴趣的同学可以自行编译运行或自己编译V8静态库,仓库

2 回复

用reuseport实现多进程的确简单很多,我之前用libuv+lua也是这么干的。nodejs那种实现方式比较绕。linux3.9内核之后都支持,兼容性不是问题。

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