GMP

Goroutine調(diào)度是一個(gè)很復(fù)雜的機(jī)制藕甩，下面嘗試用簡單的語言描述一下Goroutine調(diào)度機(jī)制施敢，想要對其有更深入的了解可以去研讀一下源碼。

介紹

首先介紹一下GMP什么意思：

G ----------- goroutine: 即Go協(xié)程狭莱，每個(gè)go關(guān)鍵字都會創(chuàng)建一個(gè)協(xié)程僵娃。

M ---------- thread內(nèi)核級線程，所有的G都要放在M上才能運(yùn)行腋妙。

P ----------- processor處理器默怨，調(diào)度G到M上，其維護(hù)了一個(gè)隊(duì)列骤素，存儲了所有需要它來調(diào)度的G先壕。

Goroutine 調(diào)度器P和 OS 調(diào)度器是通過 M 結(jié)合起來的瘩扼，每個(gè) M 都代表了 1 個(gè)內(nèi)核線程，OS 調(diào)度器負(fù)責(zé)把內(nèi)核線程分配到 CPU 的核上執(zhí)行

模型圖：

設(shè)計(jì)策略

復(fù)用線程

避免頻繁的創(chuàng)建垃僚、銷毀線程集绰，而是對線程的復(fù)用。

1）work stealing機(jī)制

? 當(dāng)本線程無可運(yùn)行的G時(shí)谆棺，嘗試從其他線程綁定的P偷取G栽燕，而不是銷毀線程。

2）hand off機(jī)制

? 當(dāng)本線程M0因?yàn)镚0進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用阻塞時(shí)改淑，線程釋放綁定的P碍岔，把P轉(zhuǎn)移給其他空閑的線程執(zhí)行。進(jìn)而某個(gè)空閑的M1獲取P朵夏，繼續(xù)執(zhí)行P隊(duì)列中剩下的G蔼啦。而M0由于陷入系統(tǒng)調(diào)用而進(jìn)被阻塞，M1接替M0的工作仰猖，只要P不空閑捏肢，就可以保證充分利用CPU。M1的來源有可能是M的緩存池饥侵，也可能是新建的鸵赫。當(dāng)G0系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束后，根據(jù)M0是否能獲取到P躏升，將會將G0做不同的處理：

如果有空閑的P辩棒，則獲取一個(gè)P，繼續(xù)執(zhí)行G0膨疏。

如果沒有空閑的P一睁，則將G0放入全局隊(duì)列，等待被其他的P調(diào)度佃却。然后M0將進(jìn)入緩存池睡眠卖局。

如下圖

并行

GOMAXPROCS設(shè)置P的數(shù)量，最多有GOMAXPROCS個(gè)線程分布在多個(gè)CPU上同時(shí)運(yùn)行

搶占

在Go中一個(gè)goroutine最多占用CPU 10ms双霍，防止其他goroutine被餓死砚偶。

具體可以去看另一篇文章

【Golang詳解】go語言調(diào)度機(jī)制 搶占式調(diào)度

全局goroutine隊(duì)列

當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)新的G之后優(yōu)先加入本地隊(duì)列，如果本地隊(duì)列滿了洒闸，會將本地隊(duì)列的G移動到全局隊(duì)列里面染坯，當(dāng)M執(zhí)行work stealing從其他P偷不到G時(shí)，它可以從全局G隊(duì)列獲取G丘逸。

協(xié)程經(jīng)歷過程

我們創(chuàng)建一個(gè)協(xié)程 go func()經(jīng)歷過程如下圖：

說明：

這里有兩個(gè)存儲G的隊(duì)列单鹿，一個(gè)是局部調(diào)度器P的本地隊(duì)列、一個(gè)是全局G隊(duì)列深纲。新創(chuàng)建的G會先保存在P的本地隊(duì)列中仲锄，如果P的本地隊(duì)列已經(jīng)滿了就會保存在全局的隊(duì)列中劲妙；處理器本地隊(duì)列是一個(gè)使用數(shù)組構(gòu)成的環(huán)形鏈表，它最多可以存儲 256 個(gè)待執(zhí)行任務(wù)儒喊。

G只能運(yùn)行在M中镣奋，一個(gè)M必須持有一個(gè)P，M與P是1：1的關(guān)系怀愧。M會從P的本地隊(duì)列彈出一個(gè)可執(zhí)行狀態(tài)的G來執(zhí)行侨颈，如果P的本地隊(duì)列為空，就會想其他的MP組合偷取一個(gè)可執(zhí)行的G來執(zhí)行芯义；

一個(gè)M調(diào)度G執(zhí)行的過程是一個(gè)循環(huán)機(jī)制哈垢；會一直從本地隊(duì)列或全局隊(duì)列中獲取G

M緩沖池

上面說到P的個(gè)數(shù)默認(rèn)等于CPU核數(shù)，每個(gè)M必須持有一個(gè)P才可以執(zhí)行G扛拨，一般情況下M的個(gè)數(shù)會略大于P的個(gè)數(shù)耘分，這多出來的M將會在G產(chǎn)生系統(tǒng)調(diào)用時(shí)發(fā)揮作用。類似線程池绑警，Go也提供一個(gè)M的池子求泰，需要時(shí)從池子中獲取，用完放回池子待秃，不夠用時(shí)就再創(chuàng)建一個(gè)。

觸發(fā)調(diào)度

work-stealing調(diào)度算法：當(dāng)M執(zhí)行完了當(dāng)前P的本地隊(duì)列隊(duì)列里的所有G后痹屹，P也不會就這么在那躺尸啥都不干章郁，它會先嘗試從全局隊(duì)列隊(duì)列尋找G來執(zhí)行，如果全局隊(duì)列為空志衍，它會隨機(jī)挑選另外一個(gè)P暖庄，從它的隊(duì)列里中拿走一半的G到自己的隊(duì)列中執(zhí)行。

如果一切正常楼肪，調(diào)度器會以上述的那種方式順暢地運(yùn)行培廓，但這個(gè)世界沒這么美好，總有意外發(fā)生春叫，以下分析goroutine在兩種例外情況下的行為肩钠。

Go runtime會在下面的goroutine被阻塞的情況下運(yùn)行另外一個(gè)goroutine：

用戶態(tài)阻塞/喚醒

當(dāng)goroutine因?yàn)閏hannel操作或者network I/O而阻塞時(shí)（實(shí)際上golang已經(jīng)用netpoller實(shí)現(xiàn)了goroutine網(wǎng)絡(luò)I/O阻塞不會導(dǎo)致M被阻塞，僅阻塞G暂殖，這里僅僅是舉個(gè)栗子）价匠，對應(yīng)的G會被放置到某個(gè)wait隊(duì)列(如channel的waitq)，該G的狀態(tài)由_Gruning變?yōu)開Gwaitting呛每，而M會跳過該G嘗試獲取并執(zhí)行下一個(gè)G踩窖，如果此時(shí)沒有可運(yùn)行的G供M運(yùn)行，那么M將解綁P晨横，并進(jìn)入sleep狀態(tài)洋腮；當(dāng)阻塞的G被另一端的G2喚醒時(shí)（比如channel的可讀/寫通知）箫柳，G被標(biāo)記為，嘗試加入G2所在P的runnext（runnext是線程下一個(gè)需要執(zhí)行的 Goroutine啥供。）悯恍， 然后再是P的本地隊(duì)列和全局隊(duì)列。

系統(tǒng)調(diào)用阻塞

當(dāng)M執(zhí)行某一個(gè)G時(shí)候如果發(fā)生了阻塞操作滤灯，M會阻塞坪稽，如果當(dāng)前有一些G在執(zhí)行，調(diào)度器會把這個(gè)線程M從P中摘除鳞骤，然后再創(chuàng)建一個(gè)新的操作系統(tǒng)的線程(如果有空閑的線程可用就復(fù)用空閑線程)來服務(wù)于這個(gè)P窒百。當(dāng)M系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束時(shí)候，這個(gè)G會嘗試獲取一個(gè)空閑的P執(zhí)行豫尽，并放入到這個(gè)P的本地隊(duì)列篙梢。如果獲取不到P，那么這個(gè)線程M變成休眠狀態(tài)美旧， 加入到空閑線程中渤滞，然后這個(gè)G會被放入全局隊(duì)列中。

隊(duì)列輪轉(zhuǎn)

可見每個(gè)P維護(hù)著一個(gè)包含G的隊(duì)列榴嗅，不考慮G進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)用或IO操作的情況下妄呕，P周期性的將G調(diào)度到M中執(zhí)行，執(zhí)行一小段時(shí)間嗽测，將上下文保存下來绪励，然后將G放到隊(duì)列尾部，然后從隊(duì)列中重新取出一個(gè)G進(jìn)行調(diào)度唠粥。

除了每個(gè)P維護(hù)的G隊(duì)列以外疏魏，還有一個(gè)全局的隊(duì)列，每個(gè)P會周期性地查看全局隊(duì)列中是否有G待運(yùn)行并將其調(diào)度到M中執(zhí)行晤愧，全局隊(duì)列中G的來源大莫，主要有從系統(tǒng)調(diào)用中恢復(fù)的G。之所以P會周期性地查看全局隊(duì)列官份，也是為了防止全局隊(duì)列中的G被餓死只厘。

除了每個(gè)P維護(hù)的G隊(duì)列以外，還有一個(gè)全局的隊(duì)列舅巷，每個(gè)P會周期性地查看全局隊(duì)列中是否有G待運(yùn)行并將其調(diào)度到M中執(zhí)行懈凹，全局隊(duì)列中G的來源，主要有從系統(tǒng)調(diào)用中恢復(fù)的G悄谐。之所以P會周期性地查看全局隊(duì)列介评，也是為了防止全局隊(duì)列中的G被餓死。

特殊的 M0 和 G0

M0

M0是啟動程序后的編號為0的主線程，這個(gè)M對應(yīng)的實(shí)例會在全局變量rutime.m0中们陆，不需要在heap上分配寒瓦，M0負(fù)責(zé)執(zhí)行初始化操作和啟動第一個(gè)G，在之后M0就和其他的M一樣了

G0

G0是每次啟動一個(gè)M都會第一個(gè)創(chuàng)建的goroutine坪仇，G0僅用于負(fù)責(zé)調(diào)度G杂腰，G0不指向任何可執(zhí)行的函數(shù)，每個(gè)M都會有一個(gè)自己的G0椅文，在調(diào)度或系統(tǒng)調(diào)用時(shí)會使用G0的椢购埽空間，全局變量的G0是M0的G0

一個(gè)G由于調(diào)度被中斷皆刺，此后如何恢復(fù)少辣？

中斷的時(shí)候?qū)⒓拇嫫骼锏臈Ｐ畔ⅲ４娴阶约旱腉對象里面羡蛾。當(dāng)再次輪到自己執(zhí)行時(shí)漓帅，將自己保存的棧信息復(fù)制到寄存器里面，這樣就接著上次之后運(yùn)行了痴怨。

總結(jié)

我這里只是根據(jù)自己的理解進(jìn)行了簡單的介紹忙干，想要詳細(xì)了解有關(guān)GMP的底層原理可以去看Go調(diào)度器 G-P-M 模型的設(shè)計(jì)者的文檔或直接看源碼

參考：(https://www.cnblogs.com/X-knight/p/11365929.html)

(https://draveness.me/golang/docs/part3-runtime/ch06-concurrency/golang-goroutine/)