【浏览器工作原理与实践】1. 宏观视角下的浏览器 - chrome 多进程架构

进程和线程是什么

并行处理：计算机中的并行处理就是同一时刻处理多个任务，好处：提升性能。

• 线程：线程是不能单独存在的，它由进程来启动和管理。
• 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。

进程线程处理

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。进程崩溃或挂起不影响其他进程，进程间进行数据通信，需要使用进程间通信（IPC）的机制

线程之间共享进程中的数据示意图

单进程浏览器时代

单进程浏览器架构示意图

单进程浏览器是指浏览器的所有功能模块都是运行在同一个进程里，这些模块包含了网络、插件、JavaScript 运行环境、渲染引擎和页面等。其实早在 2007 年之前，市面上浏览器都是单进程的。

如此多的功能模块运行在一个进程里，是导致单进程浏览器不稳定、不流畅和不安全的一个主要因素。

• 不稳定：由于是单线程，在运行过程中某一模块的崩溃或阻塞都会导致整个浏览器的崩溃。
• 不流畅：同一时刻只能有一个模块可以执行，如果有一个无限循环的脚本，这个脚本会独占整个线程，导致页面没有机会执行任务，进而导致整个浏览器卡顿或失去相应。运行一个复杂点的页面再关闭页面，会存在内存不能完全回收的情况，这样导致的问题是使用时间越长，内存占用越高，造成内存泄露问题，也会导致浏览器变慢。
• 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。页面脚本，它可以通过浏览器的漏洞来获取系统权限，获取权限之后可以对电脑进行操作。两者都会引发安全问题。

早期多进程架构

2008 年 Chrome 发布时的进程架构:

早期 Chrome 进程架构图

• 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。
• 解决不流畅的问题：每个页面的脚本是运行在它们自己的渲染进程中的，因此即使 JavaScript 阻塞了渲染经常，也只会影响到当前的渲染页面。
• 解决内存泄露问题：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。
• 解决安全问题：使用安全沙箱，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。

目前多进程架构

最新的 Chrome 进程架构图

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。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。
• 1 个网络（NetWork）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。
• 1 个 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。
• 多个渲染进程。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。
• 多个插件进程。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。

打开 1 个页面至少需要 1 个网络进程、1 个浏览器进程、1 个 GPU 进程以及 1 个渲染进程，共 4 个；如果打开的页面有运行插件的话，还需要再加上 1 个插件进程。

一些缺点：

• 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

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（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。

Chrome “面向服务的架构” 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），如果你认为 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（如下图），Chrome 会将很多服务整合到一个进程中，从而节省内存占用。

服务合并到浏览器进程