介绍关键技术名词和Chrome的多进程架构

Chrome是程序员的标配了，而从全球的市场份额来看，它在全球市场的份额已经超过 60%。

在 Chrome 10周年之际，官方发布了一个系列文章，用图解的方式，很清晰的讲解了现代浏览器的运行原理，Chrome之所以这么好用，这么快，是有原因的。本文是系列文章的第一篇，主要讲解的是 Chrome 的多进程架构，配图很有意思，也很好理解。

CPU、GPU、内存和多进程架构

我们将通过4篇博客，来介绍 Chrome 浏览器从高级架构到渲染管道的具体细节。如果你想知道，浏览器是如何将你的代码转换为功能性网站；或者你想确定，为什么可以使用特定技术能提高性能，那么本系列适合你。

作为本系列的第1部分，我们将介绍关键技术名词和 Chrome 的多进程架构。

1.CPU（中央处理器）

CPU(Central Procession Unit) 可以被认为是你计算机的大脑。CPU 核心，就像办公室工作人员，可以逐个处理交代给他们的许多不同的任务。它可以处理从数学到艺术的所有事情，并把处理结果返回出去。曾经大多数 CPU 都是单核，但在现代硬件中，你通常会操作的是多核 CPU，多核 CPU 为你的手机和计算机提供更强的计算能力。

2.GPU

GPU（Graphics Processing Unit）是计算机的另一部分。与 CPU 不同，GPU 更擅长处理简单任务，同时可以跨多个核心。

顾名思义，它最初是为处理图形而诞生的。这就是为什么在图形处理中，当我们说到 “使用 GPU” 或者 “GPU 支持” 的时候，通常就在说快速渲染和平滑交互。近年来，随着 GPU 加速发展，仅在 GPU 上就可以实现越来越多的计算任务。

如上图所示，三层计算机体系结构中，硬件位于底部，操作系统位于中间，应用程序则在最上层。

当你在计算机或手机上启动应用程序时，CPU 和 GPU 就是为应用程序提供有力的支持。通常，应用程序使用操作系统提供的机制在 CPU 和 GPU 上运行。

Process 和 Thread 上执行的程序

在深入浏览器架构之前，要掌握的另一个概念是 Process（进程） 和 Thread（线程）。

进程可以理解是应用程序的执行程序，线程则是存在于进程内部，并执行其进程程序的部分功能。

进程作为线程的边界，而线程就像游动在进程中的鱼。

进程可以通过操作系统，启动另一个进程来执行不同的任务。此时，系统将为新进程分配不同的内存。如果两个进程间需要通信，他们可以利用 IPC（Inter Process Communication）的方式进行通信。

许多应用程序都是以这种方式执行的，因此如果某个工作进程（例如一个选项卡）无响应，重启它，并不会影响相同应用程序的其他进程。

浏览器架构

那么如何使用进程和线程构建 Web 浏览器？

它可能是一个具有许多不同线程或许多不同进程的进程，只有少数线程能够通过 IPC 进行通信。

这里有个非常重要的点需要注意，这些不同的架构是实现细节。关于如何构建 Web 浏览器没有标准规范，不同浏览器的架构可能完全不同。

最重要的是浏览器进程，如何与负责应用程序不同部分的其他进程协调。对于渲染器进程，将创建多个进程，并将其分配给每个选项卡。直到最近，Chrome 才为每个标签提供了一个执行进程，现在它尝试为每个站点提供自己的进程，包括 iframe。

如图所示，Chrome 的多进程架构，渲染进程会显示多个图层，表示 Chrome 为每个选项卡运行多个渲染器进程。

这些进程控制什么？

下面介绍了每个 Chrome 进程以及其控制的范围：

浏览器（Browser）：控制 “Chrome” 应用程序，包括地址栏、书签、后退和前进按钮等。还需要处理 Web 浏览器的权限管理，例如网络请求和文件访问。

渲染器（Renderer）：控制选项卡内，网站里显示的所有内容。

插件（Plugin）：控制网站使用的插件，例如：Flash。

GPU：独立于其他进程，专用于处理 GPU 任务，它被分成不同的进程，因为 GPU 会处理来自多个进程的请求，并将它们绘制在相同的 Surface 中。

不同的进程，用于处理 Chrome 的不同部分。

还有更多的流程，如：扩展进程（Extension Process）和实用进程（Utility Process）。如果你想查看 Chrome 中正在运行的进程数，请点击右上角的选项，菜单图标→选择更多工具→任务管理器。

这将打开一个窗口，其中包含当前正在运行的进程列表以及它们使用的 CPU/Memory 信息。

Chrome 采用多进程架构的好处

之前，我曾提到 Chrome 使用多个渲染器进程。在最简单的情况下，你可以想象每个选项卡都有自己的渲染器进程。

假设你打开了 3 个选项卡，每个选项卡都拥有独立的渲染器进程。如果一个选项卡没有响应，则可以关闭无响应的选项卡，并继续使用，同时保持其他选项卡处于活动状态。如果所有选项卡，都在一个进程上运行，则当一个选项卡无响应时，所有选项卡都不会响应。这就很尴尬了。

将浏览器的工作，分成多个进程的另一个好处是安全性和沙盒。由于操作系统提供了限制进程权限的方法，因此浏览器可以从某些功能中，对某些进程进行沙箱处理。例如，Chrome 浏览器可以对处理用户输入（如渲染器）的进程，限制其文件访问的权限。

每个进程都有自己的私有内存空间，因此它们通常包含公有基础功能（例如 V8 是 Chrome 的 JavaScript 引擎）。这意味着更多的内存使用，因为如果它们是同一进程内的线程，则无法以它们的方式共享。

为了节省内存，Chrome 限制了它可以启动的进程数量。限制会根据设备的内存和 CPU 功率动态调整，但当 Chrome 达到限制时，它会在一个新的进程中打开这个站点。

Chrome 服务化 — 更省内存

同样的方法也适用于浏览器进程。Chrome 正在进行体系结构更改，以便将浏览器程序的每个部分，作为一项服务运行，从而可以轻松拆分为不同的流程或汇总为同一个流程。

一般的想法是，当 Chrome 在强大的硬件上运行时，它可能会将每个服务拆分为不同的进程，从而提供更高的稳定性，但如果它位于资源约束的设备上，Chrome 会将服务整合到一个进程中，从而节省内存占用。在此更改之前，在类似 Android 的平台上，已经使用类似的方法，来整合流程以减少内存使用。

站点隔离 — 独立渲染进程

站点隔离是 Chrome 中最近推出的一项功能，可以为每个跨网站 iframe 运行单独的渲染器进程。

我们一直在讨论，每个选项卡有一个独立的渲染器进程，它允许跨站点 iframe 在单个渲染器进程中运行，并在不同站点之间共享内存空间。在同一个渲染器进程中运行a.com和b.com似乎没问题。

该同源策略是网络的核心安全模型，它确保一个站点在未经同意的情况下无法访问其他站点的数据，绕过此策略是安全攻击的主要目标。

进程隔离是分离站点的最有效方法。因为 Meltdonw 和 Spectre 这两个经典漏洞，我们需要使用进程分离网站，这是非常重要的。默认情况下，自 Chrome 67 启用桌面隔离功能后，选项卡中的每个跨站点 iframe 都会获得单独的渲染器进程。

启用站点隔离是一项多年的工程积累。站点隔离并不像分配不同的渲染器过程那么简单，它从根本上改变了 iframe 彼此通信的方式。当我们在运行在不同进程上的 iframe 页面上，打开 devtools，就意味着 devtools 必须实现这些后台通信的功能，并且看起来是无缝的。即使使用简单的文字查找（Ctrl+F），来查找页面中的单词，这个操作也是在搜索不同渲染器进程。正因为如此，浏览器工程师将站点隔离这个功能的发布，当做一个重要里程碑的原因。

小结

在这篇文章中，我们介绍了浏览器体系结构的高级视图，并介绍了多进程体系结构的优点。我们还介绍了 Chrome 中，与多进程架构密切相关的服务化和站点隔离。在下一篇文章中，我们将开始深入研究这些进程和线程之间发生的事情，以便显示一个网站。