进程管理工具

进程管理工具的必要性

Node.js作为单线程运行时，处理CPU密集型任务时容易阻塞事件循环。进程管理工具能有效解决这个问题，通过创建子进程或集群来充分利用多核CPU。常见的场景包括：

• 执行系统命令
• 处理大量计算
• 构建微服务架构
• 实现零停机部署

child_process模块基础

Node.js内置的child_process模块提供了四种创建子进程的方式：

const { exec, execFile, spawn, fork } = require('child_process');

// 1. exec执行shell命令
exec('ls -la', (error, stdout, stderr) => {
  if (error) throw error;
  console.log(stdout);
});

// 2. execFile直接执行可执行文件
execFile('node', ['--version'], (error, stdout) => {
  console.log(`Node版本: ${stdout}`);
});

// 3. spawn流式处理大量数据
const ps = spawn('ps', ['-aux']);
ps.stdout.on('data', (data) => {
  console.log(`进程列表: ${data}`);
});

// 4. fork专门用于Node脚本
const child = fork('./compute.js');
child.send({ number: 100 });
child.on('message', result => {
  console.log(`计算结果: ${result}`);
});

进程间通信机制

父进程与子进程通过IPC通道通信，支持多种数据格式：

// parent.js
const child = fork('./child.js');
child.on('message', (msg) => {
  console.log('父进程收到:', msg);
});
child.send({ hello: 'world' });

// child.js
process.on('message', (msg) => {
  console.log('子进程收到:', msg);
  process.send({ response: 'pong' });
});

高级通信模式包括：

• 使用socket.io跨进程通信
• 通过共享内存加速大数据传输
• 利用MessageChannel创建专用通道

集群模式实战

cluster模块实现多进程负载均衡：

const cluster = require('cluster');
const http = require('http');
const numCPUs = require('os').cpus().length;

if (cluster.isMaster) {
  console.log(`主进程 ${process.pid} 正在运行`);
  
  // 衍生工作进程
  for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
    cluster.fork();
  }

  cluster.on('exit', (worker) => {
    console.log(`工作进程 ${worker.process.pid} 已退出`);
    cluster.fork(); // 自动重启
  });
} else {
  http.createServer((req, res) => {
    res.writeHead(200);
    res.end(`进程 ${process.pid} 响应请求`);
  }).listen(8000);
  
  console.log(`工作进程 ${process.pid} 已启动`);
}

PM2高级功能

PM2作为生产级进程管理器提供完整解决方案：

# 基础命令
pm2 start app.js -i max  # 启动最大实例数
pm2 reload all           # 零停机重载
pm2 monit               # 监控面板

# 生态系统文件
module.exports = {
  apps: [{
    name: 'API',
    script: './api.js',
    instances: 4,
    exec_mode: 'cluster',
    env: {
      NODE_ENV: 'development'
    },
    env_production: {
      NODE_ENV: 'production'
    }
  }]
}

关键特性包括：

• 日志聚合与旋转
• 启动脚本生成
• 性能监控仪表板
• 容器集成支持
• 自定义扩展插件

进程异常处理策略

健壮的进程管理需要完善的错误处理：

process.on('uncaughtException', (err) => {
  console.error('未捕获异常:', err);
  // 记录日志后优雅退出
  process.exit(1);
});

process.on('unhandledRejection', (reason) => {
  console.error('未处理的Promise拒绝:', reason);
});

// 子进程错误处理示例
const child = spawn('cmd');
child.on('error', (err) => {
  console.error('子进程启动失败:', err);
});
child.on('exit', (code) => {
  if (code !== 0) {
    console.error(`子进程异常退出，代码 ${code}`);
  }
});

性能优化技巧

多进程环境下的性能调优方法：

1. 负载均衡策略：

   • 轮询（默认）
   • 最少连接数
   • IP哈希

2. 内存共享优化：

const { Worker, isMainThread, parentPort } = require('worker_threads');
if (!isMainThread) {
  parentPort.postMessage(compute());
}

// 使用SharedArrayBuffer
const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(1024);

3. 进程预热：

// 启动时预加载模块
const preheat = () => {
  require('v8').serialize(require('module')._cache);
};

容器化部署实践

Docker环境中的进程管理要点：

# Dockerfile示例
FROM node:16
WORKDIR /app
COPY package*.json ./
RUN npm install
COPY . .
CMD ["pm2-runtime", "ecosystem.config.js"]

关键配置：

• 使用--init处理僵尸进程
• 设置合理的OOM优先级
• 配置cgroup资源限制
• 实现健康检查探针

调试与诊断工具

常用进程诊断工具链：

1. 内置工具：

node --inspect=9229 app.js  # 开启调试
kill -USR1 <pid>           # 触发堆转储

2. 第三方工具：

const clinic = require('clinic');
clinic.doctor({ cmd: 'node app.js' });

3. 性能分析：

node --prof app.js
node --prof-process isolate-0xnnnnnnn-v8.log > processed.txt

安全加固措施

多进程架构的安全实践：

1. 进程沙箱化：

const { VM } = require('vm2');
new VM().run('process.exit()');  // 被安全拦截

2. 权限最小化：

child_process.spawn('ls', {
  uid: 1000,
  gid: 1000,
  shell: false
});

3. 资源限制：

const worker = new Worker('./task.js', {
  resourceLimits: {
    maxOldGenerationSizeMb: 512,
    maxYoungGenerationSizeMb: 256
  }
});