【golang詳解】go語言GMP(GPM)原理和調(diào)度

Goroutine調(diào)度是一個很復(fù)雜的機(jī)制，下面嘗試用簡單的語言描述一下Goroutine調(diào)度機(jī)制，想要對其有更深入的了解可以去研讀一下源碼。

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首先介紹一下GMP什么意思：

G ----------- goroutine: 即Go協(xié)程，每個go關(guān)鍵字都會創(chuàng)建一個協(xié)程。

M ---------- thread內(nèi)核級線程，所有的G都要放在M上才能運(yùn)行。

P ----------- processor處理器，調(diào)度G到M上，其維護(hù)了一個隊列，存儲了所有需要它來調(diào)度的G。

Goroutine 調(diào)度器P和 OS 調(diào)度器是通過 M 結(jié)合起來的，每個 M 都代表了 1 個內(nèi)核線程，OS 調(diào)度器負(fù)責(zé)把內(nèi)核線程分配到 CPU 的核上執(zhí)行

模型圖：

避免頻繁的創(chuàng)建、銷毀線程，而是對線程的復(fù)用。

1）work stealing機(jī)制

當(dāng)本線程無可運(yùn)行的G時，嘗試從其他線程綁定的P偷取G，而不是銷毀線程。

2）hand off機(jī)制

當(dāng)本線程M0因為G0進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用阻塞時，線程釋放綁定的P，把P轉(zhuǎn)移給其他空閑的線程執(zhí)行。進(jìn)而某個空閑的M1獲取P，繼續(xù)執(zhí)行P隊列中剩下的G。而M0由于陷入系統(tǒng)調(diào)用而進(jìn)被阻塞，M1接替M0的工作，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的緩存池，也可能是新建的。當(dāng)G0系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束后，根據(jù)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(xù)執(zhí)行G0。

如果沒有空閑的P，則將G0放入全局隊列，等待被其他的P調(diào)度。然后M0將進(jìn)入緩存池睡眠。

如下圖

GOMAXPROCS設(shè)置P的數(shù)量，最多有GOMAXPROCS個線程分布在多個CPU上同時運(yùn)行

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(diào)度機(jī)制 搶占式調(diào)度

當(dāng)創(chuàng)建一個新的G之后優(yōu)先加入本地隊列，如果本地隊列滿了，會將本地隊列的G移動到全局隊列里面，當(dāng)M執(zhí)行work stealing從其他P偷不到G時，它可以從全局G隊列獲取G。

協(xié)程經(jīng)歷過程

我們創(chuàng)建一個協(xié)程 go func()經(jīng)歷過程如下圖：

說明：

這里有兩個存儲G的隊列，一個是局部調(diào)度器P的本地隊列、一個是全局G隊列。新創(chuàng)建的G會先保存在P的本地隊列中，如果P的本地隊列已經(jīng)滿了就會保存在全局的隊列中；處理器本地隊列是一個使用數(shù)組構(gòu)成的環(huán)形鏈表，它最多可以存儲 256 個待執(zhí)行任務(wù)。

G只能運(yùn)行在M中，一個M必須持有一個P，M與P是1：1的關(guān)系。M會從P的本地隊列彈出一個可執(zhí)行狀態(tài)的G來執(zhí)行，如果P的本地隊列為空，就會想其他的MP組合偷取一個可執(zhí)行的G來執(zhí)行；

一個M調(diào)度G執(zhí)行的過程是一個循環(huán)機(jī)制；會一直從本地隊列或全局隊列中獲取G

上面說到P的個數(shù)默認(rèn)等于CPU核數(shù)，每個M必須持有一個P才可以執(zhí)行G，一般情況下M的個數(shù)會略大于P的個數(shù)，這多出來的M將會在G產(chǎn)生系統(tǒng)調(diào)用時發(fā)揮作用。類似線程池，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(chuàng)建一個。

work-stealing調(diào)度算法：當(dāng)M執(zhí)行完了當(dāng)前P的本地隊列隊列里的所有G后，P也不會就這么在那躺尸啥都不干，它會先嘗試從全局隊列隊列尋找G來執(zhí)行，如果全局隊列為空，它會隨機(jī)挑選另外一個P，從它的隊列里中拿走一半的G到自己的隊列中執(zhí)行。

如果一切正常，調(diào)度器會以上述的那種方式順暢地運(yùn)行，但這個世界沒這么美好，總有意外發(fā)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(yùn)行另外一個goroutine：

用戶態(tài)阻塞/喚醒

當(dāng)goroutine因為channel操作或者network I/O而阻塞時（實際上golang已經(jīng)用netpoller實現(xiàn)了goroutine網(wǎng)絡(luò)I/O阻塞不會導(dǎo)致M被阻塞，僅阻塞G，這里僅僅是舉個栗子），對應(yīng)的G會被放置到某個wait隊列(如channel的waitq)，該G的狀態(tài)由_Gruning變?yōu)開Gwaitting，而M會跳過該G嘗試獲取并執(zhí)行下一個G，如果此時沒有可運(yùn)行的G供M運(yùn)行，那么M將解綁P，并進(jìn)入sleep狀態(tài)；當(dāng)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(biāo)記為，嘗試加入G2所在P的runnext（runnext是線程下一個需要執(zhí)行的 Goroutine。）， 然后再是P的本地隊列和全局隊列。

系統(tǒng)調(diào)用阻塞

當(dāng)M執(zhí)行某一個G時候如果發(fā)生了阻塞操作，M會阻塞，如果當(dāng)前有一些G在執(zhí)行，調(diào)度器會把這個線程M從P中摘除，然后再創(chuàng)建一個新的操作系統(tǒng)的線程(如果有空閑的線程可用就復(fù)用空閑線程)來服務(wù)于這個P。當(dāng)M系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束時候，這個G會嘗試獲取一個空閑的P執(zhí)行，并放入到這個P的本地隊列。如果獲取不到P，那么這個線程M變成休眠狀態(tài)， 加入到空閑線程中，然后這個G會被放入全局隊列中。

隊列輪轉(zhuǎn)

可見每個P維護(hù)著一個包含G的隊列，不考慮G進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)用或IO操作的情況下，P周期性的將G調(diào)度到M中執(zhí)行，執(zhí)行一小段時間，將上下文保存下來，然后將G放到隊列尾部，然后從隊列中重新取出一個G進(jìn)行調(diào)度。

除了每個P維護(hù)的G隊列以外，還有一個全局的隊列，每個P會周期性地查看全局隊列中是否有G待運(yùn)行并將其調(diào)度到M中執(zhí)行，全局隊列中G的來源，主要有從系統(tǒng)調(diào)用中恢復(fù)的G。之所以P會周期性地查看全局隊列，也是為了防止全局隊列中的G被餓死。

除了每個P維護(hù)的G隊列以外，還有一個全局的隊列，每個P會周期性地查看全局隊列中是否有G待運(yùn)行并將其調(diào)度到M中執(zhí)行，全局隊列中G的來源，主要有從系統(tǒng)調(diào)用中恢復(fù)的G。之所以P會周期性地查看全局隊列，也是為了防止全局隊列中的G被餓死。

M0

M0是啟動程序后的編號為0的主線程，這個M對應(yīng)的實例會在全局變量rutime.m0中，不需要在heap上分配，M0負(fù)責(zé)執(zhí)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(chuàng)建的goroutine，G0僅用于負(fù)責(zé)調(diào)度G，G0不指向任何可執(zhí)行的函數(shù)，每個M都會有一個自己的G0，在調(diào)度或系統(tǒng)調(diào)用時會使用G0的?？臻g，全局變量的G0是M0的G0

一個G由于調(diào)度被中斷，此后如何恢復(fù)？

中斷的時候?qū)⒓拇嫫骼锏臈Ｐ畔ⅲ４娴阶约旱腉對象里面。當(dāng)再次輪到自己執(zhí)行時，將自己保存的棧信息復(fù)制到寄存器里面，這樣就接著上次之后運(yùn)行了。

我這里只是根據(jù)自己的理解進(jìn)行了簡單的介紹，想要詳細(xì)了解有關(guān)GMP的底層原理可以去看Go調(diào)度器 G-P-M 模型的設(shè)計者的文檔或直接看源碼

參考： ()

()

為什么要使用 Go 語言，Go 語言的優(yōu)勢在哪里

已經(jīng)有好多程序員都把Go語言描述為是一種所見即所得(WYSIWYG)的編程語言。這是說，代碼要做的事和它在字面上表達(dá)的意思是完全一致的。 在這些新語言中，包含D，Go，Rust和Vala語言，Go曾一度出現(xiàn)在TIOBE的排行榜上面。與其他新語言相比，Go的魅力明顯要大很多。Go的成熟特征會得到許多開發(fā)者的欣賞，而不僅僅是因為其夸大其詞的曝光度。下面我們來一起探討一下谷歌開發(fā)的Go語言以及談?wù)凣o為什么會吸引眾多開發(fā)者： 快速簡單的編譯 Go編譯速度很快，如此快速的編譯使它很容易作為腳本語言使用。關(guān)于編譯速度快主要有以下幾個原因：首先，Go不使用頭文件；其次如果一個模塊是依賴A的，這反過來又取決于B，在A里面的需求改變只需重新編譯原始模塊和與A相依賴的地方；最后，對象模塊里面包含了足夠的依賴關(guān)系信息，所以編譯器不需要重新創(chuàng)建文件。你只需要簡單地編譯主模塊，項目中需要的其他部分就會自動編譯，很酷，是不是？ 通過返回數(shù)值列表來處理錯誤信息 目前，在本地語言里面處理錯誤的方式主要有兩種：直接返回代碼或者拋異常。這兩種都不是最理想的處理方式。其中返回代碼是非常令人沮喪的，因為返回的錯誤代碼經(jīng)常與從函數(shù)中返回的數(shù)據(jù)相沖突。Go允許函數(shù)返回多個值來解決這個問題。這個從函數(shù)里面返回的值，可以用來檢查定義的類型是否正確并且可以隨時隨地對函數(shù)的返回值進(jìn)行檢查。如果你對錯誤值不關(guān)心，你可以不必檢查。在這兩種情況下，常規(guī)的返回值都是可用的。 簡化的成分（優(yōu)先于繼承） 通過使用接口，類型是有資格成為對象中一員的，就像Java指定行為一樣。例如在標(biāo)準(zhǔn)庫里面的IO包，定義一個Writer來指定一個方法，一個Writer函數(shù)，其中輸入?yún)?shù)是字節(jié)數(shù)組并且返回整數(shù)類型值或者錯誤類型。任何類型實現(xiàn)一個帶有相同簽名的Writer方法是對IO的完全實現(xiàn)，Writer接口。這種是解耦代碼而不是優(yōu)雅。它還簡化了模擬對象來進(jìn)行單元測試。例如你想在數(shù)據(jù)庫對象中測試一個方法，在標(biāo)準(zhǔn)語言中，你通常需要創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)庫對象，并且需要進(jìn)行大量的初始化和協(xié)議來模擬對象。在Go里面，如果該方法需要實現(xiàn)一個接口，你可以創(chuàng)建任何對該接口有用的對象，所以，你創(chuàng)建了MockDatabase，這是很小的對象，只實現(xiàn)了幾個需要運(yùn)行和模擬的接口——沒有構(gòu)造函數(shù)，沒有附件功能，只是一些方法。 簡化的并發(fā)性 相對于其他語言，并發(fā)性在Go里面顯得更加容易。把‘go’關(guān)鍵字放在任意函數(shù)前面然后那個函數(shù)就會在其go-routine自動運(yùn)行（一個很輕的線程）。go-routines是通過通道進(jìn)行交流并且基本上封鎖了所有的隊列消息。普通工具對相互排斥是有用，但是Go通過使用通道來踢掉并發(fā)性任務(wù)和坐標(biāo)更加容易。 優(yōu)秀的錯誤消息 所有與Go相似的語言，自身作出的診斷都是無法與Go相媲美的。例如，一個死鎖程序，在Go運(yùn)行時會通知你目前哪個線程導(dǎo)致了這種死鎖。編譯的錯誤信息是非常詳細(xì)全面和有用的。 其他 這里還有許多其他吸引人的地方，下面就一概而過的介紹一下，比如高階函數(shù)、垃圾回收、哈希映射和可擴(kuò)展的數(shù)組內(nèi)置語言（部分語言語法，而不是作為一個庫）等等。 當(dāng)然，Go并不是完美無瑕。在工具方面還有些不成熟的地方和用戶社區(qū)較小等，但是隨著谷歌語言的不斷發(fā)展，肯定會有整治措施出來。盡管許多語言，尤其是D、Rust和Vala旨在簡化C++并且對其進(jìn)行簡化，但它們給人的感覺仍是“C++看上去要更好”。

【Go語言的優(yōu)勢】

可直接編譯成機(jī)器碼，不依賴其他庫，glibc的版本有一定要求，部署就是扔一個文件上去就完成了。

靜態(tài)類型語言，但是有動態(tài)語言的感覺，靜態(tài)類型的語言就是可以在編譯的時候檢查出來隱藏的大多數(shù)問題，動態(tài)語言的感覺就是有很多的包可以使用，寫起來的效率很高。

語言層面支持并發(fā)，這個就是Go最大的特色，天生的支持并發(fā)，我曾經(jīng)說過一句話，天生的基因和整容是有區(qū)別的，大家一樣美麗，但是你喜歡整容的還是天生基因的美麗呢？Go就是基因里面支持的并發(fā)，可以充分的利用多核，很容易的使用并發(fā)。

內(nèi)置runtime，支持垃圾回收，這屬于動態(tài)語言的特性之一吧，雖然目前來說GC不算完美，但是足以應(yīng)付我們所能遇到的大多數(shù)情況，特別是Go1.1之后的GC。

簡單易學(xué)，Go語言的作者都有C的基因，那么Go自然而然就有了C的基因，那么Go關(guān)鍵字是25個，但是表達(dá)能力很強(qiáng)大，幾乎支持大多數(shù)你在其他語言見過的特性：繼承、重載、對象等。

豐富的標(biāo)準(zhǔn)庫，Go目前已經(jīng)內(nèi)置了大量的庫，特別是網(wǎng)絡(luò)庫非常強(qiáng)大，我最愛的也是這部分。

內(nèi)置強(qiáng)大的工具，Go語言里面內(nèi)置了很多工具鏈，最好的應(yīng)該是gofmt工具，自動化格式化代碼，能夠讓團(tuán)隊review變得如此的簡單，代碼格式一模一樣，想不一樣都很困難。

跨平臺編譯，如果你寫的Go代碼不包含cgo，那么就可以做到window系統(tǒng)編譯linux的應(yīng)用，如何做到的呢？Go引用了plan9的代碼，這就是不依賴系統(tǒng)的信息。

內(nèi)嵌C支持，前面說了作者是C的作者，所以Go里面也可以直接包含c代碼，利用現(xiàn)有的豐富的C庫。

def是go語言的關(guān)鍵字嗎

是的。

根據(jù)中國知網(wǎng)顯示關(guān)鍵字def是用來定義方法即函數(shù)，屬于應(yīng)用格式，是關(guān)鍵字。

DEF是英文單詞Defence防御的簡寫，在一些電子游戲中代表某個單位的防御力。

當(dāng)前文章：go語言創(chuàng)建協(xié)議的關(guān)鍵字 golang自定義協(xié)議
鏈接地址：http://jinyejixie.com/article30/ddojoso.html

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