参考学习 刘丹冰Aceld 老师的文章

1.由来

1）单进程时代

程序是串行执行的，阻塞花费较多时间，所以效率比较低下

2）多进程时代

程序可以并行执行，所以发生阻塞时可以切换到另一个线程，但是进程之间的切换会浪费很多资源，降低了CPU利用率

3）协程

线程分为内核级线程和用户级线程，一个或多个用户级线程要绑定一个内核级线程，其中内核级线程依然叫线程(thread)，而用户级线程叫协程(co-routine)

协程跟线程是有区别的，线程由 CPU 调度是抢占式的，协程由用户态调度是协作式的，一个协程让出 CPU 后，才执行下一个协程

在go语言中，协程叫做goroutine，一个goroutine初始只占几KB，但实际是可伸缩的，如果需要更多内容，runtime 会自动为 goroutine 分配，因此调度起来非常方便，支持大量的goroutine

2.GMP设计思想

G代表goroutine协程，M代表thread线程，P代表processor处理器；P包含了运行G所需要的资源，M想要运行goroutine必须先获取P

1.GMP模型

  • 全局队列：存放待运行的goroutine
  • p的本地队列：存放的goroutine数量不差过256个，新建的goroutine会优先放到p的本地队列，如果队列满了，则会把本地队列中一半的 G 移动到全局队列
  • P处理器：所有的 P 都在程序启动时创建，并保存在数组中，最多有 GOMAXPROCS(可配置) 个
  • M线程：线程想运行任务就得获取 P，从 P 的本地队列获取 G，P 本地队列为空时，M 会尝试从全局队列拿一批 G 放到 P 的本地队列，或从其他 P 的本地队列偷一半放到自己 P 的本地队列。M 运行 G，G 执行之后，M 会从 P 获取下一个 G，不断重复下去

P的数量：

  • p的最大运行数量由GOMAXPROCS控制，一般设置为cpu的核数，比如 GOMAXPROCS = 核数/2，则最多利用了一半的 CPU 核进行并行，又因为一个协程goroutine让出 CPU 后，才执行下一个协程，所以程序执行的任意时刻都只有 GOMAXPROCS 个 goroutine 在同时运行，在 Go 中，一个 goroutine 最多占用 CPU 10ms，防止其他 goroutine 被饿死

M的数量：

  • go 程序启动时，会设置 M 的最大数量，默认 10000. 但是内核很难支持这么多的线程数，所以这个限制可以忽略

  • runtime/debug 中的 SetMaxThreads 函数，设置 M 的最大数量

  • 一个 M 阻塞了，会创建新的 M

M 与 P 的数量关系：

  • M 与 P 的数量没有绝对关系，一个 M 阻塞，P 就会去创建或者切换另一个 M，所以，即使 P 的默认数量是 1，也有可能会创建很多个 M 出来

P 和 M 何时被创建：

  • P 何时创建：在确定了 P 的最大数量 n 后，运行时系统会根据这个数量创建 n 个 P

  • M 何时创建：没有足够的 M 来关联 P 并运行其中的可运行的 G时。比如所有的 M 此时都在忙，而 P 中还有很多就绪任务，就会去寻找空闲的 M，而没有空闲的，就会去创建新的 M

2.调度器的设计策略

策略：复用线程

  • work stealing 机制：当本线程M绑定的P队列无可运行的 G 时，尝试从其他线程绑定的 P队列 偷取 G，而不是销毁线程
  • hand off 机制：当本线程M因为 G 进行系统调用阻塞时，线程释放绑定的 P处理器，把 P 转移给其他空闲的线程执行

3.go func () 调度流程

4.调度器的生命周期

M0：

  • M0 是启动程序后的编号为 0 的主线程，这个 M 对应的实例会在全局变量 runtime.m0 中，不需要在 heap 上分配，M0 负责执行初始化操作和启动第一个 G， 在之后 M0 就和其他的 M 一样了

G0：

  • G0 是每次启动一个 M 都会第一个创建的 gourtine，G0 仅用于负责调度的 G，G0 不指向任何可执行的函数，每个 M 都会有一个自己的 G0。在调度或系统调用时会使用 G0 的栈空间，全局变量的 G0 是 M0 的 G0