浏览器多进程架构

背景

最近在学习浏览器工作原理相关知识，会记录一些浏览器相关的学习笔记。当我们使用Chrome打开一个页面时，在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”我们会看到Chrome 启动了多个进程，好奇的我决定一探究竟。

进程 & 线程

对进程线程不是很了解的同学可以看一下 操作系统之进线程模型

CPU & GPU

CPU是计算机的大脑，负责处理各种不同的任务。在过去，大多数CPU是单芯片的，核心被安置在同一个芯片上。更新的CPU可以支持多核心，运算能力大大加强。而最新的的cpu已经达到10核心20线程数的能力了。

GPU是另一个计算机的组成部分，与CPU不同，GPU更擅长利用多核心同时处理单一的任务。像命名那样，GPU最初被用于处理图像。这就是为什么使用GPU可以更快、更顺畅的渲染页面内容。随着GPU的发展，越来越多的计算任务也可以使用GPU来处理。甚至有人说GPU是人工智能的大功臣，可见GPU已经不再仅用于图像处理上了。

单进程浏览器

早在 2007 年之前，市面上浏览器都是单进程的，其架构图如下所示：

单进程浏览器的缺点

1. 由于浏览器是单进程的，其中一个线程的某项任务出错都会造成浏览器崩溃。
2. 界面相关的多个任务集中在单一线程，某一项任务阻塞，都会阻塞整个界面的展示，从而造成整个浏览器卡顿。
3. 当时的单进程浏览器是没有沙箱这一个概念的，浏览器中运行的任务都可能对操作系统造成威胁。

当前的多进程架构浏览器

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。如下图：

单进程浏览器的问题得到了解决

1. 当某个渲染进程和插件进程出现问题时，影响当只是出现问题当那个页面或者插件，其它页面不会受到影响。
2. 当某个渲染进程里的任务出现阻塞，或者内存泄漏，影响当也只会是这个渲染进程所对应当页面，其它页面和浏览器也不会受到影响。
3. 至于安全问题，浏览器采用了将渲染进程或者部分操作系统的插件进程放入了沙箱。让其没有办法访问浏览器外部资源，对操作系统造成威胁。

多进程详解

1. 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。
2. 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。
3. GPU 进程。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。
4. 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。
5. 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。

缺点

1. 采用多进程架构带来了更高的资源占用
2. 更复杂对体系架构，当前设计个模块耦合性高，扩展性差

未来

2016年 Chrome官方使用了 "面向服务架构" (Services Oriented Architecture 简称"SOA")的思想来设计了新的架构。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。 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。

参考文章

浏览器工作原理与实践（极客时间）