理解WebKit和Chromium: 插件机制(NPAPI Plugin)

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# 插件机制(NPAPI plugin)

## 概述

Chromium中的NPAPI插件(plugin)来源于mozilla的插件机制。因为它被广泛的应用，很多插件厂商或者开发者基于它编写了数以万计的插件，因而chromium对它也提供了支持，不过chromium有自己独特的插件架构，后面我们会详细介绍。

NPAPI提供两组接口，一类以NPP打头，由插件来实现，被浏览器调用，主要包括一些插件创建，初始化，关闭，销毁，信息查询及事件处理，数据流，窗口设置，URL等；另一类以NPN打头，由浏览器来实现，被插件所调用，主要包括图形绘制，数据流处理，浏览器信息查询，内存分配和释放，浏览器的插件设置，URL等。

原始的NPAPI的接口使用起来不是很方便，因而有贡献者对其进行了封装以利于其使用。一个比较著名的开源项目是Firebreath。它将原始的C风格的NPAPI进行封装成C++风格的接口，非常方便用户使用，而且有针对Windows和X window的移植，用户无需对底层特别了解。特别的是，Firebreath也有对ActiveX的封装，因而对于现在主流的两种插件接口，你都可以基于Firebreath的接口进行编程，极大地方便了开发者。详情请参考Firebreath主页http://www.firebreath.org/display/documentation/FireBreath+Home

 ## 架构

因为chromium的安全模型，renderer进程没有访问除I/O读写等之外的权限，因而插件需要有自己的进程，这就是插件的out-of-process模型。下图给出chromium中插件的架构和进程模型。

每一种类型的plugin只有一个进程，这就是说，如果有两个或者多个renderer进程同时使用同一个插件，那么该插件会共享同一个进程。因为多个renderer进程共享同一种的plugin进程，那么plugin进程如何为它们服务呢？答案是为每个插件使用点在plugin进程中创建一个插件实例(PluginInstance).

值得注意的是，plugin进程是由browser进程来负责创建和销毁, 而不是renderer进程。 原因在于renderer进程没有创建的权限，而且plugin进程由browser进程来统一管理也更方便。 当plugin进程创建成功时，browser进程会返回IPCchannel handle用于创建和plugin进程通讯的PluginChannelHost. 那它什么时候被销毁呢？当没有任何插件实例并且空闲一段事件后，它才会被销毁，这样做的好处是避免频繁的创建和销毁plugin进程。

下图描述了browser和plugin进程间的通讯机制及其所涉及的相关的模块（类）。Browser进程通过PluginProcessHost发送消息调用Plugin进程的函数，响应动作由PluginThread完成。而Plugin进程则是通过WebPluginProxy发送消息调用browser的函数，响应动作有PluginProcessHost完成。

Browser和Plugin仅有较少的消息传递，用于创建等管理工作。主要的部分在renderer进程和plugin进程之间，机制也相对更复杂一些。HTMLPluginElement会包含一个WebPluginContainerImpl，而它包含一个WebPluginImpl，对plugin的调用有WebPluginDelegateProxy负责中转。在Plugin进程中，由WebPluginDelegateStub处理所有renderer过来的请求，并由WebPluginDelegateImpl调用创建好的PluginInstance对象。PluginInstance最终调用PluginLib读取的插件的函数入口地址，最终完成对插件实现的调用。而对插件实现中对NPN开头函数的调用，则是通过PluginHost来完成。

PluginHost主要负责实现NPN开头的函数，如前面所描述，这些函数被plugin进程所调用。可以在plugin和renderer进程被调用。当在plugin进程调用这些函数时，chromium会覆盖PluginHost的部分函数，而这些新的callback函数会调用NPObjectProxy来通过IPC发送请求到renderer进程。

PluginInstance实现了NPP开头的函数，被render所调用（webpluginImpl通过webplugindelegateImpl来调用），PluginInstance通过PluginLib获得了插件库的函数地址，从而把实际的调用桥接到具体的插件中。

具体的见下图所示，主要结构来源于chromium的官网，略有修改。

对于NPObject相关的函数调用， 有专门的类来处理。NPObject的调用或者访问是双向的（renderer进程<->plugin进程），他们的具体实现是通过NPObjectProxy和NPObjectStub来完成。 NPObjectProxy接受来自对方的访问请求，转发给NPObjectStub，最后NPObjectStub调用真正的NPObject并返回结果。见下图所示。

下面示例给出一个插件如何被renderer进程触发创建的过程。

当页面中包含一个“embed”或者“object”元素，renderer进程会创建一个HTMLEmbedElement元素，当该元素被访问是，会触发创建相应的插件。HTMLEmbedElement会请求创建自己对应的RenderWidget（WebPluginContainerImpl），进而创建WebPluginImpl和WebPluginDelegateProxy。WebPluginDelegateProxy会发送消息来创建Plugin进程。Plugin进程被browser进程创建后，会响应renderer的请求来创建PluginInstance并初始化它，这样它们之间的联系就建立好了。

##  Window和windowless插件

可以通过设置”embed”或者”object”元素的属性。两者的区别主要在于绘图的方式不同。Window插件由renderer进程提供一个窗口(window), 插件直接在该窗口上进行绘制；而windowless插件则不同，插件将绘制的结构（Pixmap），通过共享内存方式(Transport DIB)传递给renderer进程，renderer绘制该内容到自己内部的存储结构(backing store)上。好处是，可以把插件绘制的结构和网页上的其他内容做各种形式的合成。但是，从上面不难看出，一般来讲，window模式的性能是要高于windowless的。

## 相关目录和文件

third_party/WebKit/Source/WebKit/chromium/public/webplugin.h:

         定义Webkit::WebPlugin接口，用于创建和销毁插件，及传送事件给插件

content/common/plugin_messages.h:

         定义plugin进程与renderer进程和browser进程间的消息结构体，包括五类：

PluginProcessMsg开头的消息－ browser进程发给plugin进程

PluginProcessHostMsg开头的消息－ plugin进程发给browser进程

PluginMsg开头的消息－ renderer进程发给plugin进程

PluginHostMsg开头的消息－ plugin进程发给renderer进程

NPObjectMsg开头的消息－ plugin进程与render进程相互编码和解码NPObject

content/common/npobject_stub.(h&cc):

                   类NPObjectStub的定义和实现

content/common/npobject_Proxy.(h&cc):

                   类NPObjectProxy的定义和实现

content/plugin:

         该目录用于存放Plugin进程使用的IPC和WebPlugin相关的函数和类

content/plugin/webplugin_proxy.(h&cc):

                   实现WebKit::npapi::WebPlugin接口，把插件的调用通过IPC发送给renderer进程

content/plugin/webplugin_delegate_stub.(h&cc):

                   把WebPluginDelegateProxy的消息转换为对WebPluginDelegateImpl的调用

content/plugin/plugin_channel.(h&cc):

                   定义Plugin进程与renderer进程通信的通道

webkit/plugins/npapi/:

         该目录用于存放Plugin进程使用的对WebKit接口实现和插件库处理的相关的函数和类

webkit/plugins/npapi/webplugin.h:

                   定义WebPlugin接口，用于plugin端同web frame和webcore对象的交互

webkit/plugins/npapi/webplugin_impl.(h&cc):

                   实现WebKit::WebPlugin和WebPlugin接口，通过WebPluginPageDelegate来创建WebPluginDelegate

webkit/plugins/npapi/plugin_instance.(h&cc)

                   PluginInstance类的接口和实现，代表一个Plugin实例，对应于renderer进程的一个请求创建的plugin实例

webkit/plugins/npapi/webplugin_delegate.h：

                   定义WebPlugin代理，用来分离具体的插件的实现方式，例如可以使来实现进程内或者跨进程的插件架构，对WebPlugin来说，具体架构是透明的

webkit/plugins/npapi/webplugin_delegate_impl.(h&cc)：

                   响应renderer进程实现对PluginInstance的调用请求，有gtk，win和aura三种不同的实现

webkit/plugins/npapi/plugin_host.(h&cc):

                   实现NPN开头的函数，在plugin进程和renderer进程有不同的实现

webkit/plugins/npapi/plugin_lib.(h&cc):

                   PluginLib用来管理实际插件库的生命周期

content/renderer/webplugin_delegate_proxy.(h&cc)

                   定义和实现WebPluginDelegateProxy类，桥接所有来自于WebPlugin的请求到WebPluginDelegateImpl

content/browser/plugin_process_host.(h&cc):

                   类PluginProcessHost的定义和实现，用于Browser进程与plugin进程的交互

content/browser/plugin_service_impl.(h&cc):

                   类PluginServiceImpl的定义和实现，用于响应Renderer进程创建插件请求及其他一些插件管理工作

## 参考文档：

http://www.chromium.org/developers/design-documents/plugin-architecture

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