10分钟快速过一遍PM2核心知识点
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2020-09-24 14:55
授权转载自：Jiasm
https://juejin.im/post/6866081343454773262
近期有需求需要了解 PM2 一些功能的实现方式，所以趁势看了一下 PM2 的源码，也算是用了这么多年的 PM2，第一次进入内部进行一些探索。
PM2 是一个 基于 node.js 的进程管理工具，本身 node.js 是一个单进程的语言，但是 PM2 可以实现多进程的运行及管理（当然还是基于 node 的 API），还提供程序系统信息的展示，包括 内存、CPU 等数据。
PM2 的核心功能概览
源码位置：
https://github.com/Unitech/pm2)
官方网站：
https://pm2.keymetrics.io/
PM2 的功能、插件非常的丰富，但比较核心的功能其实不多：
多进程管理 系统信息监控 日志管理
其他的一些功能就都是基于 PM2 之上的辅助功能了。
项目结构
PM2 的项目结构算是比较简洁的了，主要的源码都在 lib 目录下， God 目录为核心功能多进程管理的实现，以及 API 目录则是提供了各种能力，包括 日志管理、面板查看系统信息以及各种辅助功能，最后就是 Sysinfo 目录下关于如何采集系统信息的实现了。
# 删除了多个不相干的文件、文件夹
lib
├── API # 日志管理、GUI 等辅助功能
├── God # 多进程管理逻辑实现位置
└── Sysinfo # 系统信息采集
几个比较关键的文件作用：
Daemon.js 守护进程的主要逻辑实现，包括 rpc server，以及各种守护进程的能力 God.js 业务进程的包裹层，负责与守护进程建立连接，以及注入一些操作，我们编写的代码最终是由这里执行的 Client.js 执行 PM2 命令的主要逻辑实现，包括与守护进程建立 rpc 连接，以及各种请求守护进程的操作 API.js 各种功能性的实现，包括启动、关闭项目、展示列表、展示系统信息等操作，会调用 Client 的各种函数 binaries/CLI.js 执行 pm2 命令时候触发的入口文件
守护进程与 Client 进程通讯方式
看源码后会知道，PM2 与 Client 进程（也就是我们 pm2 start XXX 时对应的进程），是通过 RPC 进行通讯的，这样就能保证所有的 Client 进程可以与守护进程进行通讯，上报一些信息，以及从守护进程层面执行一些操作。
PM2 启动程序的方式
PM2 并不是简单的使用 node XXX 来启动我们的程序，就像前边所提到了守护进程与 Client 进程的通讯方式，Client 进程会将启动业务进程所需要的配置，通过 rpc 传递给守护进程，由守护进程去启动程序。
这样，在 PM2 start 命令执行完成以后业务进程也在后台运行起来了，然后等到我们后续想再针对业务进程进行一些操作的时候，就可以通过列表查看对应的 pid、name 来进行对应的操作，同样是通过 Client 触发 rpc 请求到守护进程，实现逻辑。
当然，我们其实很少会有单独启动守护进程的操作，守护进程的启动其实被写在了 Client 启动的逻辑中，在 Client 启动的时候会检查是否有存活的守护进程，如果没有的话，会尝试启动一个新的守护进程用于后续的使用。
具体方式就是通过 spawn + detached: true 来实现的，创建一个单独的进程，这样即便是我们的 Client 作为父进程退出了，守护进程依然是可以独立运行在后台的。
P.S. 在使用 PM2 的时候应该有时也会看到有些这样的输出，这个其实就是 Client 运行时监测到守护进程还没有启动，主动启动了守护进程：
> [PM2] Spawning PM2 daemon with pm2_home=/Users/jiashunming/.pm2
> [PM2] PM2 Successfully daemonized
多进程管理
一般使用 PM2 实现多进程管理主要的目的是为了能够让我们的 node 程序可以运行在多核 CPU 上，比如四核机器，我们就希望能够存在四个进程在运行，以便更高效的支持服务。
在进程管理上，PM2 提供了一个大家经常会用到的参数：exec_mode，它的取值只有两个，cluster和fork，fork 是一个比较常规的模式，相当于就是执行了多次的 node XXX.js。
但是这样去运行 node 程序就会有一个问题，如果是一个 HTTP 服务的话，很容易就会出现端口冲突的问题：
const http = require('http')
http.createServer(() => {}).listen(8000)
比如我们有这样的一个 PM2 配置文件，那么执行的时候你就会发现，报错了，提示端口冲突：
module.exports = {
apps: [
{
// 设置启动实例个数
"instances": 2,
// 设置运行模式
"exec_mode": "fork",
// 入口文件
"script": "./test-create-server.js"
}
]
}
这是因为在 PM2 的实现中， fork 模式下就是简单的通过 spawn 执行入口文件罢了。
实现位置：lib/God/ForkMode.js
而当我们把 exec_mode 改为 cluster 之后，你会发现程序可以正常运行了，并不会出现端口占用的错误。
这是因为 PM2 使用了 node 官方提供的 cluster 模块来运行程序。
cluster 是一个 master-slave 模型的运行方式（最近 ms 这个说法貌似变得不政治正确了。。），首先需要有一个 master 进程来负责创建一些工作进程，或者叫做 worker 吧。
然后在 worker 进程中执行 createServer 监听对应的端口号即可。
const http = require('http')
const cluster = require('cluster')
if (cluster.isMaster) {
let limit = 2
while (limit--) {
cluster.fork()
}
} else {
http.createServer((req, res) => {
res.write(String(process.pid))
res.end()
}).listen(8000)
}
详情可以参考 node.js 中 TCP 模块关于 listen 的实现：lib/net.js
在内部实现逻辑大致为， master 进程负责监听端口号，并通过 round_robin 算法来进行请求的分发，master 进程与 worker 进程之间会通过基于 EventEmitter 的消息进行通讯。
具体的逻辑实现都在这里 lib/internal/cluster 因为是 node 的逻辑，并不是 PM2 的逻辑，所以就不太多说了。
然后回到 PM2 关于 cluster 的实现，其实是设置了 N 多的默认参数，然后添加了一些与进程之间的 ipc 通讯逻辑，在进程启动成功、出现异常等特殊情况时，进行对应的操作。
因为前边也提到了，PM2 是由守护进程维护管理所有的业务进程的，所以守护进程会维护与所有服务的连接。process 对象是继承自 EventEmitter 的，所以我们只是监听了一些特定的事件，包括 uncaughtException、unhandledRejection 等。
在进程重启的实现方式中，就是由子进程监听到异常事件，向守护进程发送异常日志的信息，然后发送 disconnect 表示进程即将退出，最后触发自身的 exit 函数终止掉进程。
同时守护进程在接收到消息以后，也会重新创建新的进程，从而完成了进程自动重启的逻辑。
实现业务进程的主要逻辑在 lib/ProcessContainer 中，它是我们实际代码执行的载体。
系统信息监控
系统信息监控这块，在看源码之前以为是用什么 addon 来做的，或者是某些黑科技。
但是真的循着源码看下去，发现了就是用了 pidusage 这个包来做的- -
只关心 unix 系统的话，内部实际上就是ps \-p XXX这么一个简单的命令。
至于在使用 pm2 monit、pm2 ls \--watch 命令时，实际上就是定时器在循环调用上述的获取系统信息方法了。
具体实现逻辑：getMonitorData dashboard
list：https://github.com/Unitech/pm2/blob/master/lib/God/ActionMethods.js#L40
后边就是如何使用基于终端的 UI 库展现数据的逻辑了。
日志管理
日志在 PM2 中的实现分了两块。
一个是业务进程的日志、还有一个是 PM2 守护进程自身的日志。
守护进程的日志实现方式是通过 hack 了 console 相关 API 实现的，在原有的输出逻辑基础上添加了一个基于 axon 的消息传递，是一个 pub/sub 模型的，主要是用于 Client 获得日志，例如 pm2 attach、pm2 dashboard 等命令。
业务进程的日志实现方式则是通过覆盖了 process.stdout、process.stderr 对象上的方法（console API 基于它实现），在接收到日志以后会写入文件，同时调用 process.send 将日志进行转发，而守护进程监听对应的数据，也会使用上述守护进程创建的 socket 服务将日志数据进行转发，这样业务进程与守护进程就有了统一的可以获取的位置，通过 Client 就可以建立 socket 连接来实现日志的输出了。
hack console 的位置：lib/Utility.js hack stdout/stderr write 的位置：lib/Utility.js 创建文件可写流用于子进程写入文件：lib/Utility.js 子进程接收到输出后写入文件并发送消息到守护进程：lib/ProcessContainer.js 守护进程监听子进程消息并转发：lib/God/ClusterMode.js 守护进程将事件通过 socket 广播：lib/Daemon.js Client 读取并展示日志：lib/API/Extra.js
查看日志的流程中有一个小细节，就是业务日志， PM2 会先去读取文件最后的几行进行展示，然后才是依据 socket 服务返回的数据进行刷新终端展示数据。
后记
PM2 比较核心的也就是这几块了，因为通过 Client 可以与守护进程进行交互，而守护进程与业务进程之间也存在着联系，可以执行一些操作。
所以我们就可以很方便的对业务进程进行管理，剩下的逻辑基本就是基于这之上的一些辅助功能，以及还有就是 UI 展示上的逻辑处理了。
PM2 是一个纯 JavaScript 编写的工具，在第一次看的时候还是会觉得略显复杂，到处绕来绕去的比较晕，我推荐的一个阅读源码的方式是，通过找一些入口文件来下手，可以采用 调试 or 加日志的方式，一步步的来看代码的执行顺序。
最终就会有一个较为清晰的概念。