golang的goroutine调度机制

Posted 2020-11-02 诛仙物语

golang的goroutine调度机制

2016年09月26日 14:28:08

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一直对goroutine的调度机制很好奇，最近在看雨痕的golang源码分析，(基于go1.4)

感觉豁然开朗，受益匪浅；

去繁就简，再加上自己的一些理解，整理了一下

~~

调度器

主要基于三个基本对象上，G，M，P（定义在源码的src/runtime/runtime.h文件中）

1.     G代表一个goroutine对象，每次go调用的时候，都会创建一个G对象

2.     M代表一个线程，每次创建一个M的时候，都会有一个底层线程创建；所有的G任务，最终还是在M上执行

3.     P代表一个处理器，每一个运行的M都必须绑定一个P，就像线程必须在么一个CPU核上执行一样

P的个数就是GOMAXPROCS（最大256），启动时固定的，一般不修改； M的个数和P的个数不一定一样多（会有休眠的M或者不需要太多的M）（最大10000）；每一个P保存着本地G任务队列，也有一个全局G任务队列；

如下图所示

全局G任务队列会和各个本地G任务队列按照一定的策略互相交换（满了，则把本地队列的一半送给全局队列）

P是用一个全局数组（255）来保存的，并且维护着一个全局的P空闲链表

每次go调用的时候，都会：

1.     创建一个G对象，加入到本地队列或者全局队列

2.     如果还有空闲的P，则创建一个M

3.     M会启动一个底层线程，循环执行能找到的G任务

4.     G任务的执行顺序是，先从本地队列找，本地没有则从全局队列找（一次性转移(全局G个数/P个数）个，再去其它P中找（一次性转移一半），

5.     以上的G任务执行是按照队列顺序（也就是go调用的顺序）执行的。（这个地方是不是觉得很奇怪？？）

对于上面的第2-3步，创建一个M，其过程：

1.     先找到一个空闲的P，如果没有则直接返回，（哈哈，这个地方就保证了进程不会占用超过自己设定的cpu个数）

2.     调用系统api创建线程，不同的操作系统，调用不一样，其实就是和c语言创建过程是一致的，（windows用的是CreateThread，linux用的是clone系统调用），(*^__^*)嘻嘻……

3.     然后创建的这个线程里面才是真正做事的，循环执行G任务

那就会有个问题，如果一个系统调用或者G任务执行太长，他就会一直占用这个线程，由于本地队列的G任务是顺序执行的，其它G任务就会阻塞了，怎样中止长任务的呢？（这个地方我找了好久~o(╯□╰)o）

这样滴，启动的时候，会专门创建一个线程sysmon，用来监控和管理，在内部是一个循环：

1.     记录所有P的G任务计数schedtick，（schedtick会在每执行一个G任务后递增）

2.     如果检查到 schedtick一直没有递增，说明这个P一直在执行同一个G任务，如果超过一定的时间（10ms），就在这个G任务的栈信息里面加一个标记

3.     然后这个G任务在执行的时候，如果遇到非内联函数调用，就会检查一次这个标记，然后中断自己，把自己加到队列末尾，执行下一个G

4.     O(∩_∩)O哈哈~，如果没有遇到非内联函数（有时候正常的小函数会被优化成内联函数）调用的话，那就惨了，会一直执行这个G任务，直到它自己结束；如果是个死循环，并且GOMAXPROCS=1的话，恭喜你，夯住了！亲测，的确如此

对于一个G任务，中断后的恢复过程：

1.     中断的时候将寄存器里的栈信息，保存到自己的G对象里面

2.     当再次轮到自己执行时，将自己保存的栈信息复制到寄存器里面，这样就接着上次之后运行了。 ~\(≧▽≦)/~

 

但是还有一个问题，就是系统启动的过程，雨痕没有说的太明白，我一直有很多问题都狠疑惑（第一个M怎么来的？，G怎么找到对应的P？等等），这个让我蛋疼了好久~

不过我自己意淫了一下，补充在下面，欢迎大家指正

1.     系统启动的时候，首先跑的是主线程，那第一个M应该就是主线程吧（按照C语言的理解，嘿嘿），这里叫M1，可以看前面的图

2.     然后这个主线程会绑定第一个P1

3.     咱们写的main函数，其实是作为一个goroutine来执行的（雨痕说的）

4.     也就是第一个P1就有了一个G1任务，然后第一个M1就执行这个G1任务（也就是main函数），创建这个G1的时候不用创建M了，因为已经有了M1

5.     这个main函数里面所有的goroutine，都绑定到当前的M1所对应的P1上，O(∩_∩)O哈哈~

6.     然后创建main里的goroutine的时候（比如G2），就会创建新的M2，新的M2里的初始P2的本地任务队列是空的，会从P1里面取一些过来，哈哈

7.     这样两个M1，M2各自执行自己的G任务，再依次往复，这下就圆满了~~~

 

综上：

所以goroutine是按照抢占式调度的，一个goroutine最多执行10ms就会换作下一个

这个和目前主流系统的的cpu调度类似（按照时间分片）

windows：20ms

linux：5ms－800ms

到这里都差不多了，这些在雨痕的笔记里面都有更详细的描述，不过很多地方比较凌乱，比较复杂，这里筛检了很多，方便读者理解

 

注意：

1.     在Golang中编译器也会尝试进行内联，将小函数直接复制并编译，为了内联，尽量消除编译器无法侦测的dead code，利用gobuild -gcflags=-m编译命令可以查看程序内联状态，不得不说golang的编译工具链还是很强大的，十分有利于程序的优化。

 

如果有任何疑问，欢迎提出，

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