GMP

Goroutine調度是一個很復雜的機制，下面嘗試用簡單的語言描述一下Goroutine調度機制，想要對其有更深入的了解可以去研讀一下原始碼，

GMP
- 介紹
- 設計策略
  - 復用執行緒
  - 并行
  - 搶占
  - 全域goroutine佇列
- 協程經歷程序
- M緩沖池
- 觸發調度
- 佇列輪轉
- 特殊的 M0 和 G0
- 一個G由于調度被中斷，此后如何恢復？
- 總結

介紹

首先介紹一下GMP什么意思：

G ----------- goroutine: 即Go協程，每個go關鍵字都會創建一個協程，

M ---------- thread內核級執行緒，所有的G都要放在M上才能運行，

P ----------- processor處理器，調度G到M上，其維護了一個佇列，存盤了所有需要它來調度的G，

Goroutine 調度器P和 OS 調度器是通過 M 結合起來的，每個 M 都代表了 1 個內核執行緒，OS 調度器負責把內核執行緒分配到 CPU 的核上執行

模型圖：

設計策略

復用執行緒

避免頻繁的創建、銷毀執行緒，而是對執行緒的復用，

1）work stealing機制

當本執行緒無可運行的G時，嘗試從其他執行緒系結的P偷取G，而不是銷毀執行緒，

2）hand off機制

當本執行緒M0因為G0進行系統呼叫阻塞時，執行緒釋放系結的P，把P轉移給其他空閑的執行緒執行，進而某個空閑的M1獲取P，繼續執行P佇列中剩下的G，而M0由于陷入系統呼叫而進被阻塞，M1接替M0的作業，只要P不空閑，就可以保證充分利用CPU，M1的來源有可能是M的快取池，也可能是新建的，當G0系統呼叫結束后，根據M0是否能獲取到P，將會將G0做不同的處理：

如果有空閑的P，則獲取一個P，繼續執行G0，
如果沒有空閑的P，則將G0放入全域佇列，等待被其他的P調度，然后M0將進入快取池睡眠，

如下圖

并行

GOMAXPROCS設定P的數量，最多有GOMAXPROCS個執行緒分布在多個CPU上同時運行

搶占

在Go中一個goroutine最多占用CPU 10ms，防止其他goroutine被餓死，

具體可以去看另一篇文章

【Golang詳解】go語言調度機制搶占式調度

全域goroutine佇列

當創建一個新的G之后優先加入本地佇列，如果本地佇列滿了，會將本地佇列的G移動到全域佇列里面，當M執行work stealing從其他P偷不到G時，它可以從全域G佇列獲取G，

協程經歷程序

我們創建一個協程 go func()經歷程序如下圖：

說明：

這里有兩個存盤G的佇列，一個是區域調度器P的本地佇列、一個是全域G佇列，新創建的G會先保存在P的本地佇列中，如果P的本地佇列已經滿了就會保存在全域的佇列中；處理器本地佇列是一個使用陣列構成的環形鏈表，它最多可以存盤 256 個待執行任務，

G只能運行在M中，一個M必須持有一個P，M與P是1：1的關系，M會從P的本地佇列彈出一個可執行狀態的G來執行，如果P的本地佇列為空，就會想其他的MP組合偷取一個可執行的G來執行；

一個M調度G執行的程序是一個回圈機制；會一直從本地佇列或全域佇列中獲取G

M緩沖池

上面說到P的個數默認等于CPU核數，每個M必須持有一個P才可以執行G，一般情況下M的個數會略大于P的個數，這多出來的M將會在G產生系統呼叫時發揮作用，類似執行緒池，Go也提供一個M的池子，需要時從池子中獲取，用完放回池子，不夠用時就再創建一個，

觸發調度

work-stealing調度演算法：當M執行完了當前P的本地佇列佇列里的所有G后，P也不會就這么在那躺尸啥都不干，它會先嘗試從全域佇列佇列尋找G來執行，如果全域佇列為空，它會隨機挑選另外一個P，從它的佇列里中拿走一半的G到自己的佇列中執行，

如果一切正常，調度器會以上述的那種方式順暢地運行，但這個世界沒這么美好，總有意外發生，以下分析goroutine在兩種例外情況下的行為，

Go runtime會在下面的goroutine被阻塞的情況下運行另外一個goroutine：

用戶態阻塞/喚醒

當goroutine因為channel操作或者network I/O而阻塞時（實際上golang已經用netpoller實作了goroutine網路I/O阻塞不會導致M被阻塞，僅阻塞G，這里僅僅是舉個栗子），對應的G會被放置到某個wait佇列(如channel的waitq)，該G的狀態由_Gruning變為_Gwaitting，而M會跳過該G嘗試獲取并執行下一個G，如果此時沒有可運行的G供M運行，那么M將解綁P，并進入sleep狀態；當阻塞的G被另一端的G2喚醒時（比如channel的可讀/寫通知），G被標記為，嘗試加入G2所在P的runnext（runnext是執行緒下一個需要執行的 Goroutine，），然后再是P的本地佇列和全域佇列，

系統呼叫阻塞

當M執行某一個G時候如果發生了阻塞操作，M會阻塞，如果當前有一些G在執行，調度器會把這個執行緒M從P中摘除，然后再創建一個新的作業系統的執行緒(如果有空閑的執行緒可用就復用空閑執行緒)來服務于這個P，當M系統呼叫結束時候，這個G會嘗試獲取一個空閑的P執行，并放入到這個P的本地佇列，如果獲取不到P，那么這個執行緒M變成休眠狀態，加入到空閑執行緒中，然后這個G會被放入全域佇列中，

佇列輪轉

可見每個P維護著一個包含G的佇列，不考慮G進入系統呼叫或IO操作的情況下，P周期性的將G調度到M中執行，執行一小段時間，將背景關系保存下來，然后將G放到佇列尾部，然后從佇列中重新取出一個G進行調度，

除了每個P維護的G佇列以外，還有一個全域的佇列，每個P會周期性地查看全域佇列中是否有G待運行并將其調度到M中執行，全域佇列中G的來源，主要有從系統呼叫中恢復的G，之所以P會周期性地查看全域佇列，也是為了防止全域佇列中的G被餓死，

特殊的 M0 和 G0

M0

M0是啟動程式后的編號為0的主執行緒，這個M對應的實體會在全域變數rutime.m0中，不需要在heap上分配，M0負責執行初始化操作和啟動第一個G，在之后M0就和其他的M一樣了

G0

G0是每次啟動一個M都會第一個創建的goroutine，G0僅用于負責調度G，G0不指向任何可執行的函式，每個M都會有一個自己的G0，在調度或系統呼叫時會使用G0的堆疊空間，全域變數的G0是M0的G0

一個G由于調度被中斷，此后如何恢復？

中斷的時候將暫存器里的堆疊資訊，保存到自己的G物件里面，當再次輪到自己執行時，將自己保存的堆疊資訊復制到暫存器里面，這樣就接著上次之后運行了，

總結

我這里只是根據自己的理解進行了簡單的介紹，想要詳細了解有關GMP的底層原理可以去看Go調度器 G-P-M 模型的設計者的檔案或直接看原始碼

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

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

轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/houduan/300159.html

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