09
2020
04

Golang 中 Goroutine 如何调度?

goroutine是Golang语言中最经典的设计,也是其魅力所在,goroutine的本质是协程,是实现并行计算的核心。 goroutine使用方式非常的简单,只需使用go关键字即可启动一个协程,并且它是处于异步方式运行,你不需要等它运行完成以后在执行以后的代码。


go func()//通过go关键字启动一个协程来运行函数
协程:

协程拥有自己的寄存器上下文和栈。协程调度切换时,将寄存器上下文和栈保存到其他地方,在切回来的时候,恢复先前保存的寄存器上下文和栈。 因此,协程能保留上一次调用时的状态(即所有局部状态的一个特定组合),每次过程重入时,就相当于进入上一次调用的状态,换种说法:进入上一次离开时所处逻辑流的位置。 线程和进程的操作是由程序触发系统接口,最后的执行者是系统;协程的操作执行者则是用户自身程序,goroutine也是协程。

groutine能拥有强大的并发实现是通过GPM调度模型实现.

59(1).jpg

Go的调度器内部有四个重要的结构:M,P,S,Sched,如上图所示(Sched未给出).

M:M代表内核级线程,一个M就是一个线程,goroutine就是跑在M之上的;M是一个很大的结构,里面维护小对象内存cache(mcache)、当前执行的goroutine、随机数发生器等等非常多的信息
G:代表一个goroutine,它有自己的栈,instruction pointer和其他信息(正在等待的channel等等),用于调度。
P:P全称是Processor,处理器,它的主要用途就是用来执行goroutine的,所以它也维护了一个goroutine队列,里面存储了所有需要它来执行的goroutine
Sched:代表调度器,它维护有存储M和G的队列以及调度器的一些状态信息等。
调度实现:

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从上图中可以看到,有2个物理线程M,每一个M都拥有一个处理器P,每一个也都有一个正在运行的goroutine。P的数量可以通过GOMAXPROCS()来设置,它其实也就代表了真正的并发度,即有多少个goroutine可以同时运行。

图中灰色的那些goroutine并没有运行,而是出于ready的就绪态,正在等待被调度。P维护着这个队列(称之为runqueue),Go语言里,启动一个goroutine很容易:go function 就行,所以每有一个go语句被执行,runqueue队列就在其末尾加入一个goroutine,在下一个调度点,就从runqueue中取出(如何决定取哪个goroutine?)一个goroutine执行。

当一个OS线程M0陷入阻塞时,P转而在运行M1,图中的M1可能是正被创建,或者从线程缓存中取出。


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当MO返回时,它必须尝试取得一个P来运行goroutine,一般情况下,它会从其他的OS线程那里拿一个P过来, 如果没有拿到的话,它就把goroutine放在一个global runqueue里,然后自己睡眠(放入线程缓存里)。所有的P也会周期性的检查global runqueue并运行其中的goroutine,否则global runqueue上的goroutine永远无法执行。

另一种情况是P所分配的任务G很快就执行完了(分配不均),这就导致了这个处理器P很忙,但是其他的P还有任务,此时如果global runqueue没有任务G了,那么P不得不从其他的P里拿一些G来执行。


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通常来说,如果P从其他的P那里要拿任务的话,一般就拿run queue的一半,这就确保了每个OS线程都能充分的使用。
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