前言：第一版基于V8实现了一个朴素版的服务器，第二版支持了多进程架构，并且支持了SO_REUSEPORT。本文介绍一下第二版的一些实现，设计上还是比较随意的，目前主要关注功能。
首先我们看看第二版怎么使用。
1 通过fork共享端口
- const TCPServer = TCP();
- const tcpServer = new TCPServer('127.0.0.1', 8989);
- tcpServer.socket();
- tcpServer.setReusePort(1);
- tcpServer.bind();
- tcpServer.listen();
- for (let i = 0; i < 3; i++) {
- // 等于0说明是子进程，进入处理连接的逻辑，否则是主进程，循环创建多个进程
- if (Child_Process.fork() === 0) {
- while(1) {
- tcpServer.accept();
- }
- }
- }
- // 主进程创建完子进程后自己进入阻塞状态
- Child_Process.wait();
通过fork共享端口版本的原理是主进程首先创建一个socket并且绑定一个端口。然后通过fork的方式让多个子进程共享监听的端口。最后主进程进入阻塞模式。核心实现是fork，我们看看代码。
- static Local<Object> ChildProcess(Isolate * isolate) {
- Local<ObjectTemplate> target = ObjectTemplate::New(isolate);
- Local<String> forkName = String::NewFromUtf8(isolate, "fork", NewStringType::kNormal, strlen("fork")).ToLocalChecked();
- Local<String> waitName = String::NewFromUtf8(isolate, "wait", NewStringType::kNormal, strlen("wait")).ToLocalChecked();
- target->Set(forkName, FunctionTemplate::New(isolate, Child_Process::Fork));
- target->Set(waitName, FunctionTemplate::New(isolate, Child_Process::Wait));
- Local<Object> obj;
- bool ignore = target->NewInstance(isolate->GetCurrentContext()).ToLocal(&obj);
- return obj;
- }
第二版加入了进程模块，上面的代码定义了进程模块的功能。然后注入到全局变量，No.js目前的设计中，每个模块是一个全局变量，和我们使用Object、Array一样，不像Node.js的C++模块是链成一条链表。
- // 模块名称
- Local<Value> child_process_name = String::NewFromUtf8(isolate, "Child_Process", strlen("Child_Process")).ToLocalChecked();// 注册全局变量
- global->Set(context, child_process_name, ChildProcess(isolate));
这样就完成了模块的注入，在JS层就可以使用了。下面我们看看具体的实现。
- class Child_Process {
- public:
- static void Fork(const FunctionCallbackInfo<Value>& info) {
- info.GetReturnValue().Set(Number::New(info.GetIsolate(), fork()));
- }
- static void Wait(const FunctionCallbackInfo<Value>& info) {
- int status;
- wait(&status);
- }
- };
实现很简单，只是对fork函数的封装，重点在于对fork函数的理解， 执行fork函数后会创建一个子进程，子进程的fork返回0，主进程返回子进程id，通过这个特性，我们可以写一个if判断处理下一步的逻辑。
2 通过fork+execve+reuserport共享端口
第二种模式是比较复杂且比较高性能的模式，之前的文章介绍过不同服务器架构的实现和优缺点，第一种fork共享端口的模式中，会有惊群和负载不均衡的问题，有兴趣可以参考之前的文章，就不多介绍。接下来看第二种模式的使用(下面代码是execve-server.js)。
- const TCPServer = TCP();
- const tcpServer = new TCPServer('127.0.0.1', 8989);
- tcpServer.socket();
- tcpServer.setReusePort(1);
- tcpServer.bind();
- tcpServer.listen();
- const isMaster = Child_Process.getEnv("isMaster") === "";
- if (isMaster) {
- for (let i = 0; i < 3; i++) {
- Child_Process.execve("./No", "execve-server.js");
- }
- Child_Process.wait();
- } else {
- while(1) {
- tcpServer.accept();
- }
- }
我们知道多个进程是不能绑定同一个端口的，第一种模式中通过fork绕过了这个限制，第二版面对并解决了这个问题。上面代码的逻辑看起来也很简单，主进程创建多个子进程，并且在每个子进程里执行同一个文件execve-server.js。然后在execve-server.js中通过环境变量isMaster区分主子进程进行不同的处理，当然也可以执行新的文件。这里是为了提到isMaster这个环境变量。上面代码中，重点是setReusePort和execve，下面我们具体看一下实现。
- static Local<Object> ChildProcess(Isolate * isolate) {
- Local<ObjectTemplate> target = ObjectTemplate::New(isolate);
- Local<String> execveName = String::NewFromUtf8(isolate, "execve", NewStringType::kNormal, strlen("execve")).ToLocalChecked();
- Local<String> getEnvName = String::NewFromUtf8(isolate, "getEnv", NewStringType::kNormal, strlen("getEnv")).ToLocalChecked();
- target->Set(execveName, FunctionTemplate::New(isolate, Child_Process::Execve));
- target->Set(getEnvName, FunctionTemplate::New(isolate, Child_Process::GetEnv));
- Local<Object> obj;
- bool ignore = target->NewInstance(isolate->GetCurrentContext()).ToLocal(&obj);
- return obj;
- }
同样，先定义入口使得JS可以调用。另外给TCP模块定义了一个新接口setReusePort。
- SetProtoMethod(isolate, TCPServer, "setReusePort", TCPServer::TCPServerSetUserPort);
接下来看底层的实现，首先看TCPServerSetUserPort的实现。
- static void TCPServerSetUserPort(const FunctionCallbackInfo<Value>& info) {
- int on = info[0].As<Uint32>()->Value();
- GetTCPServer(info.Holder())->Setsockopt(SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, &on, sizeof(on));
- }
- int Setsockopt(int level, int optionName, const void *optionValue, socklen_t option_len) {
- return setsockopt(listerFd, level, optionName, optionValue, option_len);
- }
简单地对setsockopt的封装，没有太多需要讲的。下面看环境变量和execve的逻辑。
- class Child_Process {
- public:
- static void GetEnv(const FunctionCallbackInfo<Value>& info) {
- String::Utf8Value key(info.GetIsolate(), info[0]);
- char * value = getenv(*key);
- // Logger::log(value);
- Local<String> str = String::NewFromUtf8(info.GetIsolate(), value, NewStringType::kNormal, strlen(value)).ToLocalChecked();
- info.GetReturnValue().Set(str);
- }
- static void Execve(const FunctionCallbackInfo<Value>& info) {
- int length = info.Length();
- char** args = new char*[length + 1];
- int i = 0;
- for (i = 0; i < length; i++) {
- String::Utf8Value arg(info.GetIsolate(), info[i]);
- args[i] = strdup(*arg);
- }
- args[i] = NULL;
- char *env[] = { "isMaster=0", NULL };
- // int fd[2];
- // socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, fd);
- int pid = fork();
- if (pid == 0) {
- // close(fd[0]);
- execve(args[0], args, env);
- // execve会加载可执行文件，从新的入口开始执行，执行到这说明execve出错了
- write(1, strerror(errno), sizeof(strerror(errno)));
- exit(-1);
- }
- // close(fd[1]);
- if (args) {
- for (int i = 0; i < length && args[i]; i++) {
- free(args[i]);
- }
- delete [] args;
- }
- }
- };
目前只实现了获取环境变量的逻辑，主要是对getenv的封装。execve的代码看起来很多，主要是参数的处理，我们只需要关注下面的代码。
- int pid = fork();
- // 子进程重新加载新的可执行文件
- if (pid == 0) {
- // close(fd[0]);
- execve(args[0], args, env);
- // execve会加载可执行文件，从新的入口开始执行，执行到这说明execve出错了
- write(1, strerror(errno), sizeof(strerror(errno)));
- exit(-1);
- }
首先通过fork创建一个子进程，然后通过execve加载要执行的代码(这里是./No execve-server.js)。重点是execve函数会重新加载可执行文件，然后从新的地址(可执行文件中指定)开始执行，所以我们看到execve后是不需要return的，因为下面的代码不会执行了，除非execve执行出错了，这里我们打印错误信息然后退出进程。第二种模式的好处就是我们可以随意在多个js文件中绑定同一个端口而不会报错，这得益于SO_REUSEPORT的特性。SO_REUSEPORT让每个进程对应一个连接队列，解决了惊群问题，并且内核负责连接分发的复杂均衡，不仅提高了性能，同时使得应用程序变得简单。
3 和Node.js相比
Node.js的进程是通过fork+execve实现的，Cluster模块基于进程模块实现了多进程架构，主要有两种模式：轮询和共享，轮询就是主进程接收连接分发给子进程处理，子进程不接收连接只负责处理业务逻辑。这种模式的好处是没有惊群现象，但是主进程的能力会成为服务器的瓶颈，共享模式和本文的第一种一样，多个子进程共享一个端口，但是实现不一样，本文是主进程创建socket通过fork子进程共享，Node.js是主进程创建socket通过文件描述符的方式传递给子进程，不过殊途同归，主要是让多个子进程共享监听socket。本文的第二种模式，目前Node.js还不支持，因为SO_REUSEPORT是比较新的特性，但是对性能提升非常大。
后记：以上就是第二版新增的功能，我们已经具备了一个可以处理请求的多进程架构服务器，但是目前还是单进程里串行处理请求的，我们还需要很多东西，文件、IPC、事件驱动模块、HTTP解析器等等，后续会考虑把最近写的Node.js io_uring Addon合进来。最近把头文件和V8静态库都打包了，有兴趣的同学可以自行编译运行https://github.com/theanarkh/No.js。
