浅谈node中的cluster集群

结论

  • 虽然平常通过设置为CPU进程数的工作进程,但是可以超过这个数,并且并不是主进程先创建
if (cluster.isMaster) {
  // 循环 fork 任务 CPU i5-7300HQ 四核四进程
  for (let i = 0; i < 6; i++) {
    cluster.fork()
  }
  console.log(chalk.green(`主进程运行在${process.pid}`))
} else {
  app.listen(1314) // export app 一个 Koa 服务器的实例
  console.log(chalk.green(`子进程运行在${process.pid}`))
}
#子进程运行在17768
#子进程运行在5784
#子进程运行在11232
#子进程运行在7904
#主进程运行在12960
#子进程运行在4300
#子进程运行在16056
  • 在主进程中 cluster 表示主进程(用于监听、发送事件), process 是本身的进程,worker 表示子进程,通过 cluster.workers 获取
  • 在子进程中 process 表示子进程(用于监听、发送事件),也可以通过 cluster.worker 表示当前子进程 cluster.worker.process 等价于 process(在子进程中)

主进程子进程相互通信

cluster.png

  • cluster 用于监听 process(child) 子进程触发的各种事件
  • worker 在主进程中获取,用于和自身通信。当子进程触发事件时,会返回当前的 worker 以及相关的信息到主进程相应的事件中
  • process(parent) 主进程本身的进程实例,在通信过程中基本没有用到
  • process(child) 子进程本身的实例,只能在子进程获取用于监听自身的事件

可见主进程与子进程通过这样一个三角关系互相通信,其中 cluster 和 worker 是在主进程中获取的,process(child) 是子进程。 cluster 通过操作 worker 通知子进程,子进程本身和 cluster 进行通信。为什么要这样设计呢?因为子进程会有多个,只有通过 worker 才能选择和哪个进程通信

子进程的调度策略 cluster.schedulingPolicy

调度策略,包括循环计数的 cluster.SCHED_RR,以及由操作系统决定的cluster.SCHED_NONE。 这是一个全局设置,当第一个工作进程被衍生或者调动cluster.setupMaster()时,都将第一时间生效。除Windows外的所有操作系统中,SCHED_RR都是默认设置。只要libuv可以有效地分发IOCP handle,而不会导致严重的性能冲击的话,Windows系统也会更改为SCHED_RR。cluster.schedulingPolicy 可以通过设置NODE_CLUSTER_SCHED_POLICY环境变量来实现。这个环境变量的有效值包括"rr" 和 "none"。

RR 即 Round-Robin 轮询调度,即每个子进程的获取的事件的机会是均等的,这是除 windows以外默认的。而 windows 下的调度策略很诡异,见下图。目前并没有相关 API 可以设置调度策略的算法,node 只为我们提供了两个值

进程调度算法.png

测试数据为 1000次 并发请求,重复测试20次,在windows下的表现情况。可见 windows 的调度算法表现的杂乱无章。如果是 RR 算法四条进程的调度应该处于同一横线上。暂时没在本地搭建 linux 环境,有条件的同学可以协助测试一波。 cluster的调度算法目前至于系统有关

多进程间的鉴权问题

注意:Node.js不支持路由逻辑。因此在设计应用时,不应该过分依赖内存数据对象(如sessions和login等)。由于各工作进程是独立的进程,它们可以根据需要随时关闭或重新生成,而不影响其他进程的正常运行。只要有存活的工作进程,服务器就可以继续处理连接。如果没有存活的工作进程,现有连接会丢失,新的连接也会被拒绝。Node.js不会自动管理工作进程的数量,而应该由具体的应用根据实际需要来管理进程池。

文档中已明确说明了,每一个工作进程都是独立的,并且互相之间除了能够进行通信外,没有办法共享内存。所以在设计鉴权的时候,有两种方法

  1. 通过共有的主进程存储鉴权信息,每次前端提交帐号密码,授权完成后,将 token 发送给主进程,下次前台查询时先在主进程获取授权信息
  2. 通过统一的外部 redis 存取

两种方法看来还是第二种好的不要太多,因此多进程的环境下,应该使用外部数据库统一存储 token 信息

进一步的子进程间通信思考

虽然 node 中并没有直接提供的进程间通讯功能,但是我们可以通过主进程相互协调进程间的通讯功能,需要定义标准的通信格式,例如

interface cmd {
  type: string
  from: number
  to: number
  msg: any
}

这样通过统一的格式,主进程就可以识别来自各个进程间的通信,起到进程通信中枢的功能

egg.js 中 agent 的实现

                +--------+          +-------+
                | Master |<-------->| Agent |
                +--------+          +-------+
                ^   ^    ^
               /    |     \
             /      |       \
           /        |         \
         v          v          v
+----------+   +----------+   +----------+
| Worker 1 |   | Worker 2 |   | Worker 3 |
+----------+   +----------+   +----------+

我们看到 egg 在多进程模型之间实现了一个 agent 进程,这个进程主要负责对整个系统的定期维护

说到这里,Node.js 多进程方案貌似已经成型,这也是我们早期线上使用的方案。但后来我们发现有些工作其实不需要每个 Worker 都去做,如果都做,一来是浪费资源,更重要的是可能会导致多进程间资源访问冲突。举个例子:生产环境的日志文件我们一般会按照日期进行归档,在单进程模型下这再简单不过了:

每天凌晨 0 点,将当前日志文件按照日期进行重命名 销毁以前的文件句柄,并创建新的日志文件继续写入

试想如果现在是 4 个进程来做同样的事情,是不是就乱套了。所以,对于这一类后台运行的逻辑,我们希望将它们放到一个单独的进程上去执行,这个进程就叫 Agent Worker,简称 Agent。Agent 好比是 Master 给其他 Worker 请的一个『秘书』,它不对外提供服务,只给 App Worker 打工,专门处理一些公共事务。

这样我们可以指定一个进程作为 agent 进程,用于实现自己定义的事务。在 egg 中,主线程启动后 首先 fork agent进程,当 agent 进程启动完成后再启动具体的 worker 进程。参照上面的代码,相信这部分逻辑现在也不难实现了。这样 agent 就会获得 id 为1的进程

最后

P.S 勘误,图2中的线程应该为进程,独立的nodejs进程

本文相关代码在 github

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