nodejs多核処理

はじめに、nodejsは単一プロセスの単一スレッドのサーバーエンジンであることをみんなは知っています.どんなに強力なハードウェアがあっても、単一のCPUでしか計算できません.そこで、第三者のclusterを開発し、nodeがマルチコアCPUを利用して並行して実現できるようにしました.
nodejsの発展に従って、nodejsに環境を生産させて、多プロセスの多核処理を支持しなければなりません.V 0.0.6バージョンでは、Nodejsにclusterの特性が内蔵されています.これにより、Nodejsはついに独立したアプリケーション開発ソリューションとして目に映るようになりました.
目次

cluster紹介

clusterの簡単な使用

clusterの動作原理

clusterのAPI

マスターとウォーカーの通信

clusterで負荷の均衡を実現します.win 7失敗

.clusterで負荷の均衡を実現するために-uuntu成功

cluster負荷バランスポリシーの試験

1.clusterの紹介
clusterはnodejs内蔵のモジュールで、nodejs多核処理に用いられます.clusterモジュールは、多プロセス並列化プログラムの開発難易度を簡略化し、負荷バランスのためのクラスタを容易に構築することができます.
2.clusterの簡単な使用
私のシステム環境

win 7 64 bit

Nodejs:v 0.0.5

Npm:1.2.19

winの環境の中で、私達はclusterを通じて多核のnodeをスタートさせてウェブサービスを提供します.
新しいプロジェクトディレクトリ:

~ D:\workspace\javascript>mkdir nodejs-cluster && cd nodejs-cluster

新規ファイル:ap.js

~ vi app.js

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

if (cluster.isMaster) {
    console.log("master start...");

    // Fork workers.
    for (var i = 0; i < numCPUs; i++) {
        cluster.fork();
    }

    cluster.on('listening',function(worker,address){
        console.log('listening: worker ' + worker.process.pid +', Address: '+address.address+":"+address.port);
    });

    cluster.on('exit', function(worker, code, signal) {
        console.log('worker ' + worker.process.pid + ' died');
    });
} else {
    http.createServer(function(req, res) {
        res.writeHead(200);
        res.end("hello world
");
    }).listen(0);
}

コンソールでnodeプログラムを起動します.

~ D:\workspace\javascript
odejs-cluster>node app.js

master start...
listening: worker 2368, Address: 0.0.0.0:57132
listening: worker 1880, Address: 0.0.0.0:57132
listening: worker 1384, Address: 0.0.0.0:57132
listening: worker 1652, Address: 0.0.0.0:57132

マスターはマスターノードで、ウォーカーは実行ノードです.そしてCPUの数に応じて、ウォーカーを起動します.私はローカルにデュアルコアのCPUですので、4つのコアが検出され、4つのウォーカーが起動しました.
3.clusterの動作原理
各ワーカープロセスはchild_を使うことによってprocess.fork関数は、IPC(Inter-Parocess Communication、プロセス間通信)に基づいて、masterプロセスとの間の通信を実現します.
workerがserver.listen(...)関数を使用するとパラメータシーケンスをmasterプロセスに伝えます.マスタープロセスがworkersにマッチしたら、最後の文を労働者に伝えます.マスターがワーカーにマッチしていない場合は、ワーカーを作成して、文を伝えてワーカーに伝えます.
境界条件では、3つの面白い行動があります.注:下のserver.listenは、下の「http.Server-」net.Server類への呼び出しです.

1.server.listen({fd:7}:masterとworkerの通信過程で、ファイルを転送することによって、masterは「ファイル記述は7」であって、「ファイル記述は7」の参照を転送するのではなく、「ファイル記述は7」を傍受します.

.server.listen(handle):masterとworkerの通信プロセスは、handle関数を介して通信し、プロセス連絡なしに

に通信する.

.server.listen(0):masterとworkerの通信プロセスでは、クラスタ内のworkerはランダムポートを開いて共有し、socket通信によって、上記の例の57132

のように通信する.
複数のプロセスが同じリソースにある場合、オペレーティングシステムの負荷バランスは非常に効率的である.Node.jsにはルーティングロジックがありません.worker間に共有状態がありません.したがって、プログラムはメモリベースのsessionなど、簡単に設計する必要があります.
ワーカーは独力で運行していますので、プログラムの必要に応じて独立して削除または再起動できます.ワーカーは互いに影響しません.ウォーカーが生きている限り、マスタは接続を受信し続けます.Nodeは自動的にworkersの数を維持しません.私たちは自分の接続池を作ることができます.
4.clusterのAPI
公式サイトのアドレス:http://nodejs.org/api/cluster.html#cluster_cluster
clusterオブジェクトの各種属性と関数

cluster.settings:クラスタパラメータオブジェクト

を構成する.

cluster.isMaster:マスターノード

ではないかと判断する.

cluster.isWorker:ワーカーノード

であるかどうかを判定する.

Event:'fork':workプロセス作成イベントを傍受する

Event:'online':ウォーカーを待ち受けて成功イベントを作成しました.

Event:'listening':モニターワーカーがmaster状態イベント

に向かう.

Event:'disconnect':ウォーカー切断イベントを傍受する

Event:'exit':worker退出イベントを傍受する

Event:'setup':setupMasterイベントを傍受する

cluster.setupMaster(settings):クラスタパラメータを設定する

cluster.fork(env):workプロセス

を作成する.

cluster.disconnect(calback):worketプロセスを閉じる

cluster.worker:現在のworkerオブジェクト

を取得する.

cluster.workers:クラスタ内で生存している全てのウォーカーオブジェクト

を取得する.
workerオブジェクトの各種属性と関数:cluster.workersを通じて、cluster.worketが得られます.

worker.id:プロセスID番号

worker.process:ChildProcessオブジェクト

worker.suicide:disconnect()後、workerが自殺したかどうかを判断する

worker.send:masterはworkerにメッセージを送ります.注:workerがmasterにメッセージを送るにはprocess.send

を使います.

worker.kill([signal='SIGTRM]):指定されたウォーカーを殺し、別名destory()

worker.disconnect():workカーを切断し、workerを自殺させます.

Event:'message':マスターとウォーカーのメッセージイベントを傍受する

Event:'online':指定されたウォーカーを傍受して成功イベントを作成する

Event:'listening':マスター・ウォーカー状態イベントを傍受する

Event:'disconnect':ウォーカー切断イベントを傍受する

Event:'exit':worker退出イベントを傍受する

5.マスターとウォーカーの通信
clusterのAPIを実現し、マスターとワーカーが通信するようにします.
新規ファイル:cluster.js

~ vi cluster.js

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

if (cluster.isMaster) {
    console.log('[master] ' + "start master...");

    for (var i = 0; i < numCPUs; i++) {
        var wk = cluster.fork();
        wk.send('[master] ' + 'hi worker' + wk.id);
    }

    cluster.on('fork', function (worker) {
        console.log('[master] ' + 'fork: worker' + worker.id);
    });

    cluster.on('online', function (worker) {
        console.log('[master] ' + 'online: worker' + worker.id);
    });

    cluster.on('listening', function (worker, address) {
        console.log('[master] ' + 'listening: worker' + worker.id + ',pid:' + worker.process.pid + ', Address:' + address.address + ":" + address.port);
    });

    cluster.on('disconnect', function (worker) {
        console.log('[master] ' + 'disconnect: worker' + worker.id);
    });

    cluster.on('exit', function (worker, code, signal) {
        console.log('[master] ' + 'exit worker' + worker.id + ' died');
    });

    function eachWorker(callback) {
        for (var id in cluster.workers) {
            callback(cluster.workers[id]);
        }
    }

    setTimeout(function () {
        eachWorker(function (worker) {
            worker.send('[master] ' + 'send message to worker' + worker.id);
        });
    }, 3000);

    Object.keys(cluster.workers).forEach(function(id) {
        cluster.workers[id].on('message', function(msg){
            console.log('[master] ' + 'message ' + msg);
        });
    });

} else if (cluster.isWorker) {
    console.log('[worker] ' + "start worker ..." + cluster.worker.id);

    process.on('message', function(msg) {
        console.log('[worker] '+msg);
        process.send('[worker] worker'+cluster.worker.id+' received!');
    });

    http.createServer(function (req, res) {
            res.writeHead(200, {"content-type": "text/html"});
            res.end('worker'+cluster.worker.id+',PID:'+process.pid);
    }).listen(3000);

}

コンソールログ:

~ D:\workspace\javascript
odejs-cluster>node cluster.js

[master] start master...
[worker] start worker ...1
[worker] [master] hi worker1
[worker] start worker ...2
[worker] [master] hi worker2
[master] fork: worker1
[master] fork: worker2
[master] fork: worker3
[master] fork: worker4
[master] online: worker1
[master] online: worker2
[master] message [worker] worker1 received!
[master] message [worker] worker2 received!
[master] listening: worker1,pid:6068, Address:0.0.0.0:3000
[master] listening: worker2,pid:1408, Address:0.0.0.0:3000
[master] online: worker3
[worker] start worker ...3
[worker] [master] hi worker3
[master] message [worker] worker3 received!
[master] listening: worker3,pid:3428, Address:0.0.0.0:3000
[master] online: worker4
[worker] start worker ...4
[worker] [master] hi worker4
[master] message [worker] worker4 received!
[master] listening: worker4,pid:6872, Address:0.0.0.0:3000
[worker] [master] send message to worker1
[worker] [master] send message to worker2
[worker] [master] send message to worker3
[worker] [master] send message to worker4
[master] message [worker] worker1 received!
[master] message [worker] worker2 received!
[master] message [worker] worker3 received!
[master] message [worker] worker4 received!

6.clusterで負荷バランスを実現する--win 7失敗
新規ファイル:server.js

~ vi server.js

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

if (cluster.isMaster) {
    console.log('[master] ' + "start master...");

    for (var i = 0; i < numCPUs; i++) {
         cluster.fork();
    }

    cluster.on('listening', function (worker, address) {
        console.log('[master] ' + 'listening: worker' + worker.id + ',pid:' + worker.process.pid + ', Address:' + address.address + ":" + address.port);
    });

} else if (cluster.isWorker) {
    console.log('[worker] ' + "start worker ..." + cluster.worker.id);
    http.createServer(function (req, res) {
        console.log('worker'+cluster.worker.id);
        res.end('worker'+cluster.worker.id+',PID:'+process.pid);
    }).listen(3000);
}

サーバを起動:

~ D:\workspace\javascript
odejs-cluster>node server.js
[master] start master...
[worker] start worker ...1
[worker] start worker ...2
[master] listening: worker1,pid:1536, Address:0.0.0.0:3000
[master] listening: worker2,pid:5920, Address:0.0.0.0:3000
[worker] start worker ...3
[master] listening: worker3,pid:7156, Address:0.0.0.0:3000
[worker] start worker ...4
[master] listening: worker4,pid:2868, Address:0.0.0.0:3000
worker4
worker4
worker4
worker4
worker4
worker4
worker4
worker4

curlツールでアクセスする

C:\Users\Administrator>curl localhost:3000
worker4,PID:2868
C:\Users\Administrator>curl localhost:3000
worker4,PID:2868
C:\Users\Administrator>curl localhost:3000
worker4,PID:2868
C:\Users\Administrator>curl localhost:3000
worker4,PID:2868
C:\Users\Administrator>curl localhost:3000
worker4,PID:2868
C:\Users\Administrator>curl localhost:3000
worker4,PID:2868
C:\Users\Administrator>curl localhost:3000
worker4,PID:2868
C:\Users\Administrator>curl localhost:3000
worker4,PID:2868

私たちはclusterのwinにおけるbugを発見しました.思い切ってLinuxテストに切り替えます.
7.clusterで負荷の均衡を実現する--uuntu成功
Linuxのシステム環境

Linux:Ubuntu 12.04.2 64 bit Server

Node:v 0.1.2

Npm:1.2.21

構築項目:多く説明しない

~ cd :/home/conan/nodejs/
~ mkdir nodejs-cluster && cd nodejs-cluster
~ vi server.js

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

if (cluster.isMaster) {
    console.log('[master] ' + "start master...");

    for (var i = 0; i < numCPUs; i++) {
         cluster.fork();
    }

    cluster.on('listening', function (worker, address) {
        console.log('[master] ' + 'listening: worker' + worker.id + ',pid:' + worker.process.pid + ', Address:' + address.address + ":" + address.port);
    });

} else if (cluster.isWorker) {
    console.log('[worker] ' + "start worker ..." + cluster.worker.id);
    http.createServer(function (req, res) {
        console.log('worker'+cluster.worker.id);
        res.end('worker'+cluster.worker.id+',PID:'+process.pid);
    }).listen(3000);
}

サーバを起動

conan@conan-deskop:~/nodejs/nodejs-cluster$ node server.js
[master] start master...
[worker] start worker ...1
[master] listening: worker1,pid:2925, Address:0.0.0.0:3000
[worker] start worker ...3
[master] listening: worker3,pid:2931, Address:0.0.0.0:3000
[worker] start worker ...4
[master] listening: worker4,pid:2932, Address:0.0.0.0:3000
[worker] start worker ...2
[master] listening: worker2,pid:2930, Address:0.0.0.0:3000
worker4
worker2
worker1
worker3
worker4
worker2
worker1

curlツールでアクセスする

C:\Users\Administrator>curl 192.168.1.20:3000
worker4,PID:2932
C:\Users\Administrator>curl 192.168.1.20:3000
worker2,PID:2930
C:\Users\Administrator>curl 192.168.1.20:3000
worker1,PID:2925
C:\Users\Administrator>curl 192.168.1.20:3000
worker3,PID:2931
C:\Users\Administrator>curl 192.168.1.20:3000
worker4,PID:2932
C:\Users\Administrator>curl 192.168.1.20:3000
worker2,PID:2930
C:\Users\Administrator>curl 192.168.1.20:3000
worker1,PID:2925

Linux環境では、clusterが正しく動作します!!
8.cluster負荷バランス戦略のテスト
私達はLinuxの下でテストを完成しました.テストソフトを使ったことがあります.
インストール

~ sudo apt-get install siege

node clusterを起動します

~ node server.js > server.log

siege起動コマンドを実行して、毎秒50個の同時要求を行います.

~ sudo siege -c 50 http://localhost:3000

HTTP/1.1 200   0.00 secs:      16 bytes ==> /
HTTP/1.1 200   0.00 secs:      16 bytes ==> /
HTTP/1.1 200   0.00 secs:      16 bytes ==> /
HTTP/1.1 200   0.01 secs:      16 bytes ==> /
HTTP/1.1 200   0.00 secs:      16 bytes ==> /
HTTP/1.1 200   0.00 secs:      16 bytes ==> /
HTTP/1.1 200   0.00 secs:      16 bytes ==> /
HTTP/1.1 200   0.01 secs:      16 bytes ==> /
HTTP/1.1 200   0.00 secs:      16 bytes ==> /
HTTP/1.1 200   0.00 secs:      16 bytes ==> /
HTTP/1.1 200   0.00 secs:      16 bytes ==> /
HTTP/1.1 200   0.02 secs:      16 bytes ==> /
HTTP/1.1 200   0.00 secs:      16 bytes ==> /
HTTP/1.1 200   0.02 secs:      16 bytes ==> /
HTTP/1.1 200   0.01 secs:      16 bytes ==> /
HTTP/1.1 200   0.01 secs:      16 bytes ==> /
.....

^C
Lifting the server siege...      done.                                                                Transactions:                    3760 hits
Availability:                 100.00 %
Elapsed time:                  39.66 secs
Data transferred:               0.06 MB
Response time:                  0.01 secs
Transaction rate:              94.81 trans/sec
Throughput:                     0.00 MB/sec
Concurrency:                    1.24
Successful transactions:        3760
Failed transactions:               0
Longest transaction:            0.20
Shortest transaction:           0.00

FILE: /var/siege.log
You can disable this annoying message by editing
the .siegerc file in your home directory; change
the directive 'show-logfile' to false.

私たちは3760回の要求を実行して、39.66秒を消費して、毎秒94.81回の要求を処理します.
server.logファイルを表示します.

~  ls -l
total 64
-rw-rw-r-- 1 conan conan   756  9  28 15:48 server.js
-rw-rw-r-- 1 conan conan 50313  9  28 16:26 server.log

~ tail server.log
worker4
worker1
worker2
worker4
worker1
worker2
worker4
worker3
worker2
worker1

最後に、R言語で分析してみます.server.log

~ R 

> df<-read.table(file="server.log",skip=9,header=FALSE)
> summary(df)
       V1
 worker1:1559
 worker2:1579
 worker3:1570
 worker4:1535

私たちは、要求がワーカーのデータ量に相当することを見ました.したがって、clusterの負荷バランスの戦略は、ランダムに割り当てられるべきです.
はい、私たちはまた有用な技能を学びました.clusterを利用してマルチ核応用を構築し、マルチCPUのキャリア性能を十分に活用しましょう.
転載は出典を明記してください.http://blog.fens.me/nodejs-core-cluster/