背景

1. Node在V8引擎之上构建，其模型与浏览器类似，js将会运行在单个进程的单个线程上；

• 好处：程序状态是单一的，不存在多线程情况下的锁、线程同步的问题，操作系统在调度时因为较少上下文的切换，可以很好的提高cpu的使用率；
• 缺点
  • 如今CPU基本是多核的，一个Node进程只能用一个核 -> 如何充分利用多核cpu服务器？
  • Node执行在单线程上，一旦单线程上抛出的异常没有被捕获，将会引起整个进程的崩溃 -> 如何保证进程的健壮性核稳定性？

2. Node并非真正的单线程架构，其自身还有一定的IO线程存在，这些IO线程由底层libuv处理，对js开发者是透明的，只在c++扩展开发时才会关注到 -> js代码永远运行在V8上，是单线程的。
   注：，由于一个CPU核心在 一个时刻只能做一件事情，操作系统只能通过将CPU切分为时间片的方法，让线程可以较为均匀地使用CPU资源，但是操作系统内核在切换线程的同时也要切换线程的上下文，当线程数量过多时， 时间将会被耗用在上下文切换中。

多进程架构

1. child_process模块：支持Node随意创建子进程的能力；
   （1）创建异步子进程：返回一个ChildProcess实例，允许父进程注册监听器函数，在子进程生命周期期间，当特定事件发生时会调用这些函数；

• spawn(command[, args])：使用给定的command和args中的命令行参数衍生一个新进程；
• exec(command[, options][, callback(err, stdout, stderr)])：衍生一个shell并在shell中执行命令command，且缓冲任何产生的输出，有一个回调函数获知子进程的状况；
• execFile(file[, callback])：衍生出一个新进程来执行file(文件名/路径)；
• fork(modulePath)：衍生新的nodejs进程，每个进程都有自己的内存，使用自己的V8实例；

开启子进程的几种方法

开始子进程4种方法的差异

IPC创建和实现示意图

创建IPC管道的示意图

• 父进程先创建IPC通道并监听他；
• 再创建出子进程，通过环境变量(NODE_CHANNEL_FD)告诉子进程这个IPC通道的文件描述符；
• 子进程(只能是Node进程)启动的过程中，根据文件描述符去连接这个已存在的IPC通道，从而完成父子进程之间的连接；

（3）句柄传递
  端口被占用时，新的进程不能继续监听该端口了—多个进程不能监听同一个端口，解决方案：

• 代理方案：

  • 通过代理避免端口不能重复监听的问题：主进程监听主端口，对外接收所有的网络请求，再将这些请求分别代理到不同的端口的进程上：
  • 负载均衡：使每个子进程可以较为均衡地执行任务；
    代理方案的问题：客户端连接到代理进程，代理进程连接到工作进程会用掉两个文件描述符 — 浪费掉一倍数量的文件描述符；

• 句柄方案：进程间通过send()的第二个参数发送句柄—标识资源（服务器socket对象、客户端socket对象、UDP套接字、管道）的引用；

  • 主进程接收到socket请求后，将这个socket直接发送给工作进程，而不是重新与工作进程之间建立新的socket连接来传送数据；
    
    主线程接收、分配网络请求
    
    
    主线程将请求发送给工作进程
    
    
    主线程发送完句柄并关闭监听
    
    注：最后一种结构说明多个子进程可以同时监听相同端口，没有出现异常发生— 多个应用监听相同端口时，文件描述符同一时间只能被某个进程所用，即网络请求向服务器发送时，进程服务是抢占式的，只有其中一个能为这个请求进行服务；
    
    自动重启node子进程
    
    
    第一次启动node主线程
    
    
    执行kill命令后
    
    端口共同监听：独立启动的进程中，TCP服务端socket套接字的文件描述符并不相同，导致监听到相同的端口时会抛出异常；而通过fork时，使用句柄传递时套接字socket的文件描述符是相同的了；

2. Cluster模块：创建Node进程集群，解决多核CPU的利用率问题；
   （1）Cluster工作原理：child_process模块+net模块；
     cluster中主进程用来创建工作进程，工作进程创建并共享一个TCP/HTTp服务器(工作进程可以共享任何tcp连接)
   
   cluater模块创建共享服务器端口的工作进程
   
     在cluster.fork()子进程时，将这个tcp服务器端socket文件描述符发送给工作进程，对于cluster.fork()复制出来的子进程，它的环境变量就存在NODE_UNIQUE_ID变量，若工作进程(子进程)存在listen()侦听网络端口的调用时，拿到文件描述符，通过SO_REUSEADDR端口重用，实现多个子进程共享端口；
   
   cluster模块管理**一组**工作进程
   
   
   child_process控制**多组**工作进程
   
   （2）cluster模块和child_process模块的区别

• 获取进程的pid
  • cluster：worker.process.pid；
  • child_process：worker.pid；
• 管理的工作进程：
  • cluster：一个主进程只能管理一组工作进程；
  • child_process：一个主进程可以控制多组进程；
• 判断Node进程集群中主进程和子进程：cluster.isMaster/cluster.isWorker；其原理：取决于环境变量中是否存在NODE_UNIQUE_ID；
  
  主进程or子进程