node.js でマルチコア CPU を最大限に活用する方法

概要

Nodejs は Chrome ブラウザの V8 エンジンに基づいて構築されているため、そのモデルはブラウザのモデルに似ています。 JavaScript は単一プロセス内の単一スレッドで実行されます。

しかし、V8エンジンのシングルプロセス、シングルスレッド構造は完璧な構造ではありません。昨今のCPUは基本的にマルチコアです。実際のサーバーには複数の CPU が搭載されていることがよくあります (オンラインの物理マシンには 12 個のコアが搭載されているなど)。そのため、Nodejs の実際の適用では、「マルチコア CPU サーバーを最大限に活用するにはどうすればよいか」という疑問が生じます。

厳密に言えば、Node は真のシングルスレッドアーキテクチャではありません。Node 自体に I/O スレッド (ネットワーク I/O、ディスク I/O) があるためです。これらの I/O スレッドは、JavaScript 開発者にとって透過的な低レベルの libuv によって処理されます。 JavaScript コードは常に V8 上で実行され、シングルスレッドです。したがって、表面的には NodeJS はシングルスレッドです。

node.js でマルチコア CPU を最大限に活用する方法

シングルプロセスおよびシングルスレッドのマルチコア利用率が低いという問題に直面していますが、これまでの経験によれば、各プロセスは 1 つの CPU を使用してマルチコア CPU の利用を実現できます。 Node は、child_process モジュールを提供し、プロセスのレプリケーションを実装するための fork() メソッドも提供します (プロセスがレプリケーションされる限り、一定のリソースと時間が必要です。Node では、プロセスをレプリケーションするために 10 MB 以上のメモリと 30 ミリ秒以上が必要です)。

このようなソリューションは、*nix システムで最も古典的なマスターワーカーモードであり、マスタースレーブモードとも呼ばれます。

典型的な並列処理ビジネスモデルのこの分散アーキテクチャは、優れたスケーラビリティ (スケーラビリティは、実際には並列アルゴリズムおよび並列コンピュータアーキテクチャと一緒に議論されます。特定のマシン上のアルゴリズムのスケーラビリティは、アルゴリズムが増加する CPU の数を効果的に利用できるかどうかを反映します) と安定性を備えています。

メインプロセスは特定の業務処理を担当するのではなく、作業プロセスのスケジュールと管理を担当します。作業プロセスは特定の業務処理を担当するため、開発者は作業プロセスの安定性に注意を払う必要があります。

fork() によってコピーされたプロセスは独立したプロセスであり、独立した新しい V8 インスタンスを持ちます。 Node は各 CPU コアを使用できるようにプロセスをコピーする fork() を提供していますが、fork() プロセスは非常にコストがかかるということを覚えておくことが重要です。幸いなことに、Node はイベント駆動を通じて単一のスレッドで大規模な同時リクエストを処理できます。

注: ここで複数のプロセスを開始するのは、CPU リソースを最大限に活用するためであり、同時実行の問題を解決するためではありません。