CPU 、GPU 迎变、內(nèi)存和多進(jìn)程架構(gòu)
在這個(gè)系列教程中充尉，我們將深入了解 Chrome 瀏覽器，從高級(jí)架構(gòu)到渲染過(guò)程的細(xì)節(jié)衣形。如果您想知道瀏覽器如何將您的代碼變成功網(wǎng)站驼侠，或者您不確定如何使用特定技術(shù)來(lái)提高性能，那么本系列非常適合您谆吴。
作為本系列的第 1 部分倒源，我們將了解核心計(jì)算術(shù)語(yǔ)和 Chrome 的多進(jìn)程架構(gòu)。
計(jì)算機(jī)的核心是 CPU 和 GPU
為了了解瀏覽器運(yùn)行的環(huán)境句狼，我們需要了解一些計(jì)算機(jī)部件以及它們的作用笋熬。
CPU(中央處理器)
CPU可以被認(rèn)為是您計(jì)算機(jī)的大腦。一個(gè) CPU 內(nèi)核腻菇，在這里被描繪成一個(gè)辦公室工作人員胳螟，可以在他們進(jìn)來(lái)時(shí)一個(gè)一個(gè)地處理許多不同的任務(wù)昔馋。它可以處理從數(shù)學(xué)到藝術(shù)的所有事情，同時(shí)知道如何回復(fù)客戶的電話糖耸。過(guò)去秘遏，大多數(shù) CPU 都是單芯片。內(nèi)核就像另一個(gè) CPU 生活在同一個(gè)芯片中嘉竟。在現(xiàn)代硬件中邦危，您通常會(huì)獲得多個(gè)內(nèi)核，從而為您的手機(jī)和筆記本電腦提供更多的計(jì)算能力舍扰。
GPU(圖形處理器)
GPU是計(jì)算機(jī)的另一部分倦蚪。與 CPU 不同，GPU 擅長(zhǎng)處理簡(jiǎn)單的任務(wù)边苹，但可以同時(shí)跨多個(gè)內(nèi)核陵且。顧名思義，它最初是為處理圖形而開(kāi)發(fā)的个束。這就是為什么在圖形上下文中“使用 GPU”或“GPU 支持”與快速渲染和流暢交互相關(guān)聯(lián)起來(lái)滩报。近年來(lái)，隨著 GPU 加速計(jì)算的發(fā)展播急，越來(lái)越多的計(jì)算在 GPU 上成為可能脓钾。
當(dāng)您在計(jì)算機(jī)或手機(jī)上啟動(dòng)應(yīng)用程序時(shí)，CPU 和 GPU 是應(yīng)用程序的動(dòng)力桩警。通常可训，應(yīng)用程序使用操作系統(tǒng)提供的機(jī)制在 CPU 和 GPU 上運(yùn)行。
在進(jìn)程和線程上執(zhí)行程序
在深入研究瀏覽器架構(gòu)之前要掌握的另一個(gè)概念是進(jìn)程和線程捶枢。進(jìn)程可以描述為應(yīng)用程序的執(zhí)行程序握截。線程是存在于進(jìn)程內(nèi)部并執(zhí)行其進(jìn)程程序的任何部分的線程。
當(dāng)您啟動(dòng)應(yīng)用程序時(shí)烂叔，會(huì)創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程谨胞。該程序可能會(huì)創(chuàng)建線程來(lái)幫助它工作，但這是可選的蒜鸡。操作系統(tǒng)為進(jìn)程提供了一塊可使用的內(nèi)存“區(qū)域”胯努，所有應(yīng)用程序狀態(tài)都保存在該私有內(nèi)存空間中。當(dāng)您關(guān)閉應(yīng)用程序時(shí)逢防，該進(jìn)程也會(huì)消失叶沛，并且操作系統(tǒng)會(huì)釋放內(nèi)存。
一個(gè)進(jìn)程可以要求操作系統(tǒng)啟動(dòng)另一個(gè)進(jìn)程來(lái)運(yùn)行不同的任務(wù)忘朝。發(fā)生這種情況時(shí)灰署，將為新進(jìn)程分配內(nèi)存的不同部分。如果兩個(gè)進(jìn)程需要通信，它們可以通過(guò)使用進(jìn)程間通信( IPC )來(lái)實(shí)現(xiàn)溉箕。許多應(yīng)用程序被設(shè)計(jì)為以這種方式工作晦墙，因此如果一個(gè)工作進(jìn)程沒(méi)有響應(yīng)，它可以在不停止運(yùn)行應(yīng)用程序不同部分的其他進(jìn)程的情況下重新啟動(dòng)肴茄。
瀏覽器架構(gòu)
那么如何使用進(jìn)程和線程構(gòu)建 Web 瀏覽器呢偎痛？好吧，它可能是一個(gè)具有許多不同線程的進(jìn)程独郎，也可能是許多不同的進(jìn)程，其中有幾個(gè)線程通過(guò) IPC 進(jìn)行通信枚赡。
這里要注意的重要一點(diǎn)是氓癌，這些不同的架構(gòu)是實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。沒(méi)有關(guān)于如何構(gòu)建 Web 瀏覽器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范贫橙。一種瀏覽器的方法可能與另一種完全不同贪婉。
我們將使用下圖中描述的 Chrome 的最新架構(gòu)。
頂部是瀏覽器進(jìn)程與處理應(yīng)用程序不同部分的其他進(jìn)程協(xié)調(diào)卢肃。對(duì)于渲染器進(jìn)程疲迂，會(huì)創(chuàng)建多個(gè)進(jìn)程并將其分配給每個(gè)選項(xiàng)卡。直到最近莫湘，Chrome 還在可能的情況下為每個(gè)選項(xiàng)卡提供了一個(gè)進(jìn)程尤蒿；現(xiàn)在它嘗試為每個(gè)站點(diǎn)提供自己的進(jìn)程，包括 iframe（請(qǐng)參閱站點(diǎn)隔離）幅垮。
每個(gè)進(jìn)程的作用腰池？
下表描述了每個(gè) Chrome 進(jìn)程及其控制的內(nèi)容
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瀏覽器進(jìn)程
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控制應(yīng)用程序的“chrome”部分，包括地址欄忙芒、書(shū)簽示弓、后退和前進(jìn)按鈕。 還處理網(wǎng)絡(luò)瀏覽器中不可見(jiàn)的功能呵萨，例如網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求和文件訪問(wèn)奏属。
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渲染器進(jìn)程
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控制顯示網(wǎng)站的選項(xiàng)卡內(nèi)的任何內(nèi)容。
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插件進(jìn)程
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控制網(wǎng)站使用的任何插件潮峦，例如 Flash囱皿。
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GPU(圖形處理器)進(jìn)程
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與其他進(jìn)程隔離處理 GPU 任務(wù)。它被分成不同的進(jìn)程忱嘹，因?yàn)?GPU 處理來(lái)自多個(gè)應(yīng)用程序的請(qǐng)求并將它們繪制在同一個(gè)表面上铆帽。
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還有更多進(jìn)程。如果您想查看 Chrome 中正在運(yùn)行的進(jìn)程數(shù)量德谅，點(diǎn)擊瀏覽器 more, 選擇更多工具爹橱，然后選擇任務(wù)管理器。這將打開(kāi)一個(gè)窗口，其中列出了當(dāng)前正在運(yùn)行的進(jìn)程以及它們正在使用多少 CPU/內(nèi)存愧驱。
Chrome 中多進(jìn)程架構(gòu)的好處
之前慰技，我提到 Chrome 使用多個(gè)渲染器進(jìn)程。在最簡(jiǎn)單的情況下组砚，您可以想象每個(gè)選項(xiàng)卡都有自己的渲染器進(jìn)程吻商。假設(shè)您打開(kāi)了 3 個(gè)選項(xiàng)卡，每個(gè)選項(xiàng)卡都由一個(gè)獨(dú)立的渲染器進(jìn)程運(yùn)行糟红。如果一個(gè)選項(xiàng)卡變得無(wú)響應(yīng)艾帐，那么您可以關(guān)閉無(wú)響應(yīng)的選項(xiàng)卡并繼續(xù)前進(jìn)，同時(shí)保持其他選項(xiàng)卡處于活動(dòng)狀態(tài)盆偿。如果所有選項(xiàng)卡都在一個(gè)進(jìn)程上運(yùn)行柒爸，則當(dāng)一個(gè)選項(xiàng)卡無(wú)響應(yīng)時(shí)，所有選項(xiàng)卡均無(wú)響應(yīng)事扭。這是一個(gè)很糟糕的體驗(yàn)捎稚。
將瀏覽器的工作分成多個(gè)進(jìn)程的另一個(gè)好處是安全性和沙盒。由于操作系統(tǒng)提供了一種限制進(jìn)程權(quán)限的方法求橄，因此瀏覽器可以對(duì)某些進(jìn)程的某些功能進(jìn)行沙箱處理今野。例如，Chrome 瀏覽器限制處理任意用戶輸入的進(jìn)程（如渲染器進(jìn)程）的任意文件訪問(wèn)罐农。
因?yàn)檫M(jìn)程有自己的私有內(nèi)存空間条霜，它們通常包含通用基礎(chǔ)設(shè)施的副本（例如 V8，它是 Chrome 的 JavaScript 引擎）涵亏。這意味著更多的內(nèi)存使用蛔外，因?yàn)樗鼈儾荒芟裨谕贿M(jìn)程中的線程那樣共享。為了節(jié)省內(nèi)存溯乒，Chrome 限制了它可以啟動(dòng)的進(jìn)程數(shù)夹厌。限制取決于您的設(shè)備擁有多少內(nèi)存和 CPU 能力，但是當(dāng) Chrome 達(dá)到限制時(shí)裆悄，它會(huì)開(kāi)始在一個(gè)進(jìn)程中運(yùn)行來(lái)自同一站點(diǎn)的多個(gè)選項(xiàng)卡矛纹。
節(jié)省更多內(nèi)存 - Chrome 中的服務(wù)化
相同的方法適用于瀏覽器進(jìn)程。Chrome 正在經(jīng)歷架構(gòu)更改光稼，以將瀏覽器程序的每個(gè)部分作為服務(wù)運(yùn)行或南，從而可以輕松拆分為不同的進(jìn)程或聚合為一個(gè)。
一般的想法是艾君，當(dāng) Chrome 在強(qiáng)大的硬件上運(yùn)行時(shí)采够，它可能會(huì)將每個(gè)服務(wù)拆分為不同的進(jìn)程以提供更高的穩(wěn)定性，但如果它在資源受限的設(shè)備上冰垄，Chrome 會(huì)將服務(wù)整合到一個(gè)進(jìn)程中以節(jié)省內(nèi)存占用蹬癌。在此更改之前，已在 Android 等平臺(tái)上使用了類似的整合流程以減少內(nèi)存使用的方法。
每幀渲染器進(jìn)程 - 站點(diǎn)隔離
站點(diǎn)隔離是 Chrome 中引入的一項(xiàng)功能逝薪，它為每個(gè)跨站點(diǎn) iframe 運(yùn)行單獨(dú)的渲染器進(jìn)程隅要。我們一直在討論每個(gè)選項(xiàng)卡模型一個(gè)渲染器進(jìn)程，它允許跨站點(diǎn) iframe 在單個(gè)渲染器進(jìn)程中運(yùn)行董济，并在不同站點(diǎn)之間共享內(nèi)存空間步清。在同一個(gè)渲染器進(jìn)程中運(yùn)行 a.com 和 b.com 似乎沒(méi)問(wèn)題。同源策略 是網(wǎng)絡(luò)的核心安全模型虏肾；它確保一個(gè)站點(diǎn)在未經(jīng)同意的情況下無(wú)法訪問(wèn)其他站點(diǎn)的數(shù)據(jù)廓啊。繞過(guò)此策略是安全攻擊的主要目標(biāo)。進(jìn)程隔離是分隔站點(diǎn)的最有效方法封豪。自 Chrome 67 起谴轮，默認(rèn)情況下在桌面上啟用站點(diǎn)隔離，選項(xiàng)卡中的每個(gè)跨站點(diǎn) iframe 都會(huì)獲得一個(gè)單獨(dú)的渲染器進(jìn)程撑毛。
啟用站點(diǎn)隔離是一項(xiàng)多年的工程工作。站點(diǎn)隔離并不像分配不同的渲染器進(jìn)程那么簡(jiǎn)單唧领；它從根本上改變了 iframe 相互通信的方式藻雌。在不同進(jìn)程上運(yùn)行 iframe 的頁(yè)面上打開(kāi) devtools 意味著 devtools 必須實(shí)施幕后工作以使其看起來(lái)無(wú)縫。即使運(yùn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的 Ctrl+F 在頁(yè)面中查找單詞也意味著在不同的渲染器進(jìn)程中進(jìn)行搜索斩个。您可以看到瀏覽器工程師將站點(diǎn)隔離的發(fā)布稱為重要里程碑的原因胯杭！
