Küme ve İşçi İş Parçacıkları

Önceki ders alt süreç başlatmayı ele aldı ve maliyetini belirtti: her süreç kendi belleğini ve kendi çalışma zamanı örneğini taşır, aralarındaki her ileti kopyalanır.

Bu ders iki özel biçimi inceler. İlki, aynı bağlantı noktasını paylaşan süreç kümesidir ve amacı çok çekirdekli bir makinede birden çok isteği gerçekten aynı anda işlemektir. İkincisi, aynı süreç içinde çalışan ve bellek paylaşabilen iş parçacıklarıdır; amacı pahalı bir hesabı ana iş parçacığından çıkarmaktır.

Neden Tek Süreç Yetmiyor

Olay döngüsü dersinde ölçülen sınır burada bağlayıcı hâle gelir. Tek süreç, tek bir çekirdekte çalışan tek bir iş parçacığında istekleri işler. Girdi/çıktı ağırlıklı bir hizmette bu yeterlidir: süreç zamanının çoğunu yoklama aşamasında bekleyerek geçirir ve bir çekirdek onlarca eşzamanlı bağlantıya yeter.

İşin bir bölümü işlemciye bağlı olduğunda durum değişir. Makinede kaç bağımsız yürütme birimi olduğu sorulabilir:

// cekirdek.mjs
import os from 'node:os';
console.log('kullanilabilir paralellik:', os.availableParallelism());

node cekirdek.mjs

kullanilabilir paralellik: 12

Bu sayı makineye ve sürece tanınan kısıtlara göre değişir; örnek bir çalıştırmada alınmıştır. Tek süreç, bu birimlerin yalnızca birini kullanır.

Süreç Kümesi

node:cluster modülü, bir birincil süreç ile birkaç işçi süreç kurar. İşçiler birincil sürecin çatalladığı ayrı süreçlerdir; aynı dinleyen soketi paylaşırlar.

// kume.mjs
import cluster from 'node:cluster';
import { createServer } from 'node:http';

const ISCI_SAYISI = 2;

if (cluster.isPrimary) {
  console.log(`birincil surec ${process.pid}, ${ISCI_SAYISI} isci baslatiyor`);
  for (let i = 0; i < ISCI_SAYISI; i += 1) cluster.fork();

  cluster.on('exit', (isci, kod, sinyal) => {
    console.log(`isci ${isci.process.pid} bitti (kod ${kod}, sinyal ${sinyal}); yerine yenisi`);
    cluster.fork();
  });
} else {
  createServer((istek, yanit) => {
    yanit.writeHead(200, { 'content-type': 'text/plain' });
    yanit.end(`istegi karsilayan isci: ${process.pid}\n`);
  }).listen(8791, '127.0.0.1', () => {
    console.log(`isci ${process.pid} dinliyor`);
  });
}

Sunucuyu bir uçbirimde çalıştırıp başka bir uçbirimden dört istek gönderdiğimizde:

node kume.mjs

for i in 1 2 3 4; do curl -s http://127.0.0.1:8791/; done

birincil surec 96467, 2 isci baslatiyor
isci 96470 dinliyor
isci 96469 dinliyor
istegi karsilayan isci: 96470
istegi karsilayan isci: 96469
istegi karsilayan isci: 96470
istegi karsilayan isci: 96469

Süreç kimlikleri her çalıştırmada değişir; iki işçinin hangi sırayla dinlemeye başladığı da değişir. Sabit olan, isteklerin iki farklı süreç tarafından karşılanmasıdır — dağılımın örnekteki gibi düzgün sırayla olması güvence altında değildir.

Aynı bağlantı noktasını iki sürecin dinleyebilmesi, İnternet Nasıl Çalışır kursunda tanıtılan dinleyen soket kavramına dayanır. Birincil süreç soketi bir kez açar ve tanıtıcıyı işçilere devreder; gelen bağlantı, tanıtıcıyı paylaşan süreçlerden birine düşer. Bağlantı noktası sayısı bir tanedir; onu paylaşan süreç sayısı birden çoktur.

exit olayına bağlanan geri çağrı, düşen işçinin yerine yenisini koyar. Bu, sağlamlık açısından kümenin asıl kazancıdır: bir işçide oluşan ölümcül hata hizmeti bütünüyle durdurmaz. Yeniden başlatmanın sonsuz döngüye girmemesi için hızının sınırlanması gerekir; işçi her açılışta hemen çöküyorsa yenisini açmak arızayı gizler.

Kümenin temel kısıtı, işçiler arasında bellek paylaşılmamasıdır. Ölçüm toplayıcının kova haritası her işçide ayrı ayrı birikir ve /ozet yanıtı isteği karşılayan işçiye göre değişir. Durum tutan bir hizmeti kümelemek, durumu süreç dışına — paylaşılan bir depoya — taşımayı gerektirir.

İşçi İş Parçacıkları

node:worker_threads modülü, aynı süreç içinde ayrı bir iş parçacığı başlatır. Her iş parçacığının kendi olay döngüsü ve kendi öbeği vardır; bellek varsayılan olarak paylaşılmaz ama paylaşılabilir bir arabellek üzerinden açıkça paylaştırılabilir.

Pahalı bir hesabı iş parçacığına verelim:

// agir-is.mjs
import { parentPort, workerData } from 'node:worker_threads';

// Olcum degerlerinin ustunde bilerek pahali bir hesap
function agirToplam(yineleme) {
  let toplam = 0;
  for (let i = 0; i < yineleme; i += 1) toplam += Math.sqrt(i) % 1;
  return toplam;
}

parentPort.postMessage(Number(agirToplam(workerData.yineleme).toFixed(3)));

// isci-ana.mjs
import { Worker } from 'node:worker_threads';
import { once } from 'node:events';

const YINELEME = 3e8;

setTimeout(() => console.log('2 ana is parcacigi bos: zamanlayici calisti'), 0);
console.log('1 isci baslatildi');

const isci = new Worker('./agir-is.mjs', { workerData: { yineleme: YINELEME } });
const [sonuc] = await once(isci, 'message');
console.log('3 isciden gelen sonuc:', sonuc);
await once(isci, 'exit');

node isci-ana.mjs

1 isci baslatildi
2 ana is parcacigi bos: zamanlayici calisti
3 isciden gelen sonuc: 149989897.293

Aynı hesap ana iş parçacığında yapıldığında sıra değişir:

// isci-yok.mjs
const YINELEME = 3e8;

function agirToplam(yineleme) {
  let toplam = 0;
  for (let i = 0; i < yineleme; i += 1) toplam += Math.sqrt(i) % 1;
  return toplam;
}

setTimeout(() => console.log('3 zamanlayici ancak simdi calisti'), 0);
console.log('1 hesap basliyor');
console.log('2 sonuc:', Number(agirToplam(YINELEME).toFixed(3)));

node isci-yok.mjs

1 hesap basliyor
2 sonuc: 149989897.293
3 zamanlayici ancak simdi calisti

İki çıktının farkı ölçünün kendisidir. İlkinde zamanlayıcı hesap sürerken çalıştı; ana iş parçacığı boştu ve o sırada gelen bir isteği işleyebilirdi. İkincisinde zamanlayıcı hesabın bitmesini bekledi — bir sunucuda bu, bütün eşzamanlı isteklerin beklemesi demektir.

Sonuç değeri iki çalıştırmada aynı çıkıyor; hesap belirlenimcidir ve iş parçacığına taşınması sonucu değiştirmez.

Hangisi Ne Zaman

İki yaklaşım birbirinin yerine geçmez.

Ölçüt	Süreç kümesi	İşçi iş parçacığı
Yalıtım	tam; biri çökerse diğeri sürer	zayıf; ölümcül hata süreci düşürebilir
Bellek	ayrı; her süreç kendi örneğini taşır	ortak süreç, ayrı öbek; paylaşılabilir arabellek olanaklı
Başlatma maliyeti	yüksek	düşük
İleti maliyeti	dizileştirme + süreçler arası kopya	yapısal kopya; büyük veri aktarılabilir
Uygun iş	eşzamanlı istek sayısını çoğaltmak	tek bir pahalı hesabı ana yoldan çıkarmak

Ölçüm toplayıcı için kural şudur: istek işleme kapasitesini artırmak gerekiyorsa küme, tek bir isteğin içindeki pahalı hesabı ana iş parçacığından çıkarmak gerekiyorsa işçi iş parçacığı kullanılır. İkisi birlikte de kullanılabilir — her küme işçisi kendi iş parçacığı havuzunu tutabilir.

İş parçacığı başlatmanın da bir bedeli vardır: yeni bir yürütme ortamı kurulur ve modüller yeniden değerlendirilir. İstek başına bir iş parçacığı açmak, hesabın kendisinden pahalıya gelebilir. Yaygın çözüm, önceden açılmış birkaç iş parçacığını havuzda tutup işleri onlara dağıtmaktır — dosya sistemi çağrılarının kullandığı havuzun aynı mantığı.

Paylaşılan bellek gerektiğinde SharedArrayBuffer üzerinden bir arabellek iki iş parçacığına da verilebilir. Bu durumda yarış koşulları ortaya çıkar ve erişim Atomics işlemleriyle düzenlenir; tek iş parçacıklı modelin kaldırdığı bütün eşzamanlılık sorunları bu kapıdan geri girer. Paylaşımı ancak ölçüm sonucu gösterdiği zaman kullanın.

Özet

• Tek süreç tek çekirdek kullanır; girdi/çıktı ağırlıklı işte bu yeterlidir, işlemciye bağlı işte değildir.
• Küme, aynı dinleyen soketi paylaşan süreçler kurar; bağlantı noktası tektir, onu paylaşan süreç sayısı birden çoktur.
• Küme işçileri bellek paylaşmaz; durum tutan bir hizmet kümelenmeden önce durumunu süreç dışına taşımalıdır.
• İşçi iş parçacığı aynı süreçte ayrı bir olay döngüsü çalıştırır; pahalı hesap oraya taşındığında ana iş parçacığı istek almaya devam eder.
• Seçim ekseni yalıtım ve paylaşımdır: kapasite çoğaltmak için küme, tek isteğin içindeki hesabı çıkarmak için iş parçacığı.

Sonraki Adım

Yerleşik modüller konusu tamamlandı: dosya, yol, akış, arabellek, olay, HTTP, alt süreç ve çok çekirdek kullanımı. Bundan sonrası bu parçaları çalışır bir uygulamaya dönüştürmekle ilgilidir. İlk adım, ölçüm toplayıcıya bir komut satırı yüzü kazandırmaktır: argümanların ayrıştırılması, boru hattından okuma ve kullanım metninin doğru akışa yazılması.