协程

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Goroutine调度模型

早期调度模型

• G：goroutine，Go协程，对应数据结构：runtime.g
• M：machine，工作线程，对应数据结构：runtime.m

在程序地址空间的数据段中有重要的全局变量：

• g0：主协程对应的G。不同于其他的协程，g0的协程栈在主线程栈上进行分配。
• m0：主线程对应的M。
• allg：用于记录所有的G。
• allm：用于记录所有的M。

g0和m0中都分别记录了对方的地址，m0最开始的执行的协程就是g0。

Golang的早期调度器中只有G和M，所有的G被维护在一个全局队列中，所有的M互斥地从全局队列中拿取G执行。但是多个M访问全局队列时频繁的加锁和解锁，会导致M的等待影响程序并发性能。

若G中进行了系统调用，则OS会将对应的M阻塞，则能够从全局队列中拿取G的M就少了，代表执行能力变弱了。

若全局队列中大部分G都会进行系统调用，则就会让大部分M进入阻塞状态，全局队列产生堆积。

对于该问题，需要对线程池中的M数量做把控，太多了也会会由于多个线程抢占CPU，反而导致执行能力下降。

GMP模型

在GM的基础上，又引入了P。

• P：processor，包含运行Go代码的必要资源，也有调度goroutine的能力，对应数据结构：runtime.g

每一个P中维护了一个自己的本地队列。

代码段中添加有全局变量：

• sched：调度器，其中记录了所有空闲的M和P，以及全局队列等与调度相关的内容。
• allp：保存了所有的P

在调度器初始化时，会根据GOMAXPROCS该环境变量决定创建多少个P保存于allp中；并将第一个P（allp[0]）与m0进行关联。

将一个P关联到一个M，该M就能从P的本地队列中获取G，而不再只能从全局队列中去获取。

若P的本地队列满了，等待执行的G就会被放入全局队列。

M会优先从P的本地队列拿取G执行，若P的本地队列空了，再到全局队列中拿取G；若全局队列也空了，M会从别的M关联的P中偷取一定的G进行分担，一般一次偷取一半。

GMP执行大致过程

1. schedinit：调度器初始化

2. new main goroutine：调用newproc函数创建main goroutine。

newproc的参数为由用户指定调用的函数f（即goroutine运行入口）以及需要传入f的参数。

newproc会为goroutine构造一个栈帧，方便goroutine结束后调用goexit函数来进行协程的回收处理，决定该goroutine是放回空闲G队列备用还是直接销毁。

将main goroutine加入到allp[0]的本地队列中。

3. mstart：开启调度循环

mstart是所有工作线程的入口，主要通过调用schedule函数来执行调度循环。

对于一个活跃的M，要么是正在执行某个G，要么是正在执行调度程序获取某个G。

4. runtime.main：mian goroutine的执行入口，其会创建监控线程，初始化包等操作。

其中包括调用main.main开始执行用户编写的语句。

在main.main返回之后，runtime.main会调用exit函数结束进程。

5. 假设我们执行的是以下代码：

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func hello() {
	fmt.Println("Hello World")
}

func main() {
	go hello()
	time.Sleep(1*time.Second)
}

go hello()会调用newproc创建一个goroutine，我们称为hello goroutine。

• 若**GOMACPROCS**为1，则hello goroutine会进入allp[0]的本地队列。

time.Sleep会让main goroutine让到timer中进行等待。

m0调用schedule函数进行调度，让hello goroutine得以运行。

当main goroutine的等待时间结束，会被放入allp[0]的本地队列中。

最后main goroutine结束m0调用exit结束进程。

• 若**GOMACPROCS**>1，意味着不止有一个P，则可能会启动新的线程来关联空闲的P。

之后再将hello goroutine放入到空闲的这个P的本地队列中。

GMP调度策略

队列轮转

P会将其本地队列中的G周期性地调度到M中执行，执行一段时间，将上下文保存，放入队列尾部，再从队列拿取一个G调度。

每个P也会周期性地查看全局队列中是否有G待运行并将其调度到M中执行，全局队列中的G主要来自于从系统调用中恢复的G。为了保证全局队列中的G不会被饿死，故P会周期性查看全局队列。

系统调用

当某个M在执行的G中发生了系统调用，该M会释放掉其关联的P，由别的空闲的M来获取P继续执行P的本地队列中剩下的G。

而之前的G发生系统调用结束后，根据执行它的M是否能获取到P，对该G进行不同的处理：

1. 有空闲的P，获取一个P，继续执行G
2. 没有空闲的P，将G放入全局队列，等待被其他的P调度。M进入线程池休眠。