Go - GMP模型

简述

• G — 表示 Goroutine，它是一个待执行的任务;
• M — 表示操作系统的线程，它由操作系统的调度器调度和管理;
• P — 表示处理器，它可以被看做运行在线程上的本地调度器.

GMP模型架构

G

与线程区别

运行时调度器中的地位与线程在操作系统中差不多，占用了更小的内存空间，也降低了上下文切换的开销。
一个G启动会占用2kB的栈内存，而Linux线程一般是2MB。

状态枚举

• 等待中：Goroutine 正在等待某些条件满足，例如：系统调用结束等，包括 _Gwaiting、_Gsyscall 和 _Gpreempted 几个状态;
• 可运行：Goroutine已经准备就绪，可以在线程运行，如果当前程序中有非常多的 Goroutine，每个 Goroutine 就可能会等待更多的时间，即 _Grunnable;
• 运行中：Goroutine 正在某个线程上运行，即 _Grunning.

M

默认情况下，go创建的线程数=cpu数，每一个线程都对应一个运行时中的 runtime.m 结构体，默认的设置不会频繁触发操作系统的线程调度和上下文切换，所有的调度都会发生在用户态，由 Go 语言调度器触发，能够减少很多额外开销.

最多会有不超过cpu核数的活跃线程正常运行。

P

M和G的中间层，提供线程的上下文环境，拥有一个等待运行的goroutine队列，通过p的调度，能在goroutine进行一些I/O操作时及时让出计算资源，提高线程利用率。 数量 = GOMAXPROCS

创建goroutine主要流程

1. 获取或者创建新的 Goroutine 结构体, 先向处理器M的gFree列表获取g结构体，没有的话再向P的gFree列表获取，依然没有就会创建一个，分配2kB栈空间;
2. 将传入的参数移到 Goroutine 的栈上;
3. 更新 Goroutine 调度相关的属性。

运行队列

Go 语言有两个运行队列，其中一个是处理器本地的运行队列，另一个是调度器持有的全局运行队列，只有在本地运行队列没有剩余空间时才会使用全局队列，运行队列最多可存储256个执行任务，将goroutine放入队列时，如果设置next=true则会插队，M下一次会执行这个g。

调度循环过程

schedule查找待执行的goroutine

1. 为保证公平,当全局队列有待执行的goroutine时,会有一定几率从全局队列中查找goroutine.
2. 从本地队列中查找待执行的goroutine.
3. 如果前两种都找不到,会尝试从其他P偷取G, 偷不到就会阻塞等待.
4. 获取到goroutine后,设置g的状态.
5. 执行函数.
6. 函数结束后,goroutine重新加入M的gFree列表.

触发调度

调度器的 runtime.schedule 会重新选择 Goroutine 在线程上执行, 函数的调用点如下:

主动挂起,channel

1. 切换到g0将挂起的goroutine状态切换为waiting, 移除线程和goroutine之间的关系, 调用schedule触发新一轮调度.
2. goroutine等待的条件满足后, 运行时会调用ready唤醒该g, 状态切换为可执行加入到运行队列.

阻塞调用 I/O操作

M和P分离, P由其他空闲的或者新创建一个M来接管, 原来的M和G进入睡眠等待唤醒.

抢占式

goroutine调度时间超过10ms,会发生抢占. 防止其他g被饿死.

go func()过程

1. 获取或者创建新的 Goroutine 结构体, 先向处理器M的gFree列表获取g结构体,没有的话再向P的gFree列表获取,依然没有就会创建一个.
2. 将传入的参数移到 Goroutine 的栈上;
3. 更新 Goroutine 调度相关的属性.
4. 尝试把G放入一个P的调度队列, 如果队列均为满, 则会放入全局队列.
5. g执行超过10ms,发生抢占,重新放入p的等待队列.
6. g执行完毕, 变成空闲状态, 放入M或者P的gFree列表.
7. M运行G0, 运行schedule函数进行下一次调度.

M0 与 G0

• M0是运行时的第一个线程,启动第一个G(main),然后就会其他M一样
• 每个M启动后,都会创建一个G0,G0用于负责调度其他的G,不执行任何函数,
• M要使用G0来进行schedule.