【golang詳解】go語言GMP(GPM)原理和調度

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源碼。

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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內核級線程，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，其維護了一個隊列，存儲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 個內核線程，OS 調度器負責把內核線程分配到 CPU 的核上執行

模型圖：

避免頻繁的創建、銷毀線程，而是對線程的復用。

1）work stealing機制

當本線程無可運行的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機制

當本線程M0因為G0進行系統調用阻塞時，線程釋放綁定的P，把P轉移給其他空閑的線程執行。進而某個空閑的M1獲取P，繼續執行P隊列中剩下的G。而M0由于陷入系統調用而進被阻塞，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G0系統調用結束后，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放入全局隊列，等待被其他的P調度。然后M0將進入緩存池睡眠。

如下圖

GOMAXPROCS設置P的數量，最多有GOMAXPROCS個線程分布在多個CPU上同時運行

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語言調度機制 搶占式調度

當創建一個新的G之后優先加入本地隊列，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M執行work stealing從其他P偷不到G時，它可以從全局G隊列獲取G。

協程經歷過程

我們創建一個協程 go func()經歷過程如下圖：

說明：

這里有兩個存儲G的隊列，一個是局部調度器P的本地隊列、一個是全局G隊列。新創建的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組構成的環形鏈表，它最多可以存儲 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的本地隊列彈出一個可執行狀態的G來執行，如果P的本地隊列為空，就會想其他的MP組合偷取一個可執行的G來執行；

一個M調度G執行的過程是一個循環機制；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產生系統調用時發揮作用。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，不夠用時就再創建一個。

work-stealing調度算法：當M執行完了當前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來執行，如果全局隊列為空，它會隨機挑選另外一個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實現了goroutine網絡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隊列(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是線程下一個需要執行的 Goroutine。）， 然后再是P的本地隊列和全局隊列。

系統調用阻塞

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，調度器會把這個線程M從P中摘除，然后再創建一個新的操作系統的線程(如果有空閑的線程可用就復用空閑線程)來服務于這個P。當M系統調用結束時候，這個G會嘗試獲取一個空閑的P執行，并放入到這個P的本地隊列。如果獲取不到P，那么這個線程M變成休眠狀態， 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

可見每個P維護著一個包含G的隊列，不考慮G進入系統調用或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進行調度。

除了每個P維護的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待運行并將其調度到M中執行，全局隊列中G的來源，主要有從系統調用中恢復的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待運行并將其調度到M中執行，全局隊列中G的來源，主要有從系統調用中恢復的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對應的實例會在全局變量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數，每個M都會有一個自己的G0，在調度或系統調用時會使用G0的棧空間，全局變量的G0是M0的G0

一個G由于調度被中斷，此后如何恢復？

中斷的時候將寄存器里的棧信息，保存到自己的G對象里面。當再次輪到自己執行時，將自己保存的棧信息復制到寄存器里面，這樣就接著上次之后運行了。

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 模型的設計者的文檔或直接看源碼

參考： ()

()

為什么要使用 Go 語言，Go 語言的優勢在哪里

已經有好多程序員都把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的Go語言以及談談Go為什么會吸引眾多開發者： 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系信息，所以編譯器不需要重新創建文件。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常與從函數中返回的數據相沖突。Go允許函數返回多個值來解決這個問題。這個從函數里面返回的值，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的返回值進行檢查。如果你對錯誤值不關心，你可以不必檢查。在這兩種情況下，常規的返回值都是可用的。 簡化的成分（優先于繼承） 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。例如在標準庫里面的IO包，定義一個Writer來指定一個方法，一個Writer函數，其中輸入參數是字節數組并且返回整數類型值或者錯誤類型。任何類型實現一個帶有相同簽名的Writer方法是對IO的完全實現，Writer接口。這種是解耦代碼而不是優雅。它還簡化了模擬對象來進行單元測試。例如你想在數據庫對象中測試一個方法，在標準語言中，你通常需要創建一個數據庫對象，并且需要進行大量的初始化和協議來模擬對象。在Go里面，如果該方法需要實現一個接口，你可以創建任何對該接口有用的對象，所以，你創建了MockDatabase，這是很小的對象，只實現了幾個需要運行和模擬的接口——沒有構造函數，沒有附件功能，只是一些方法。 簡化的并發性 相對于其他語言，并發性在Go里面顯得更加容易。把‘go’關鍵字放在任意函數前面然后那個函數就會在其go-routine自動運行（一個很輕的線程）。go-routines是通過通道進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性任務和坐標更加容易。 優秀的錯誤消息 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運行時會通知你目前哪個線程導致了這種死鎖。編譯的錯誤信息是非常詳細全面和有用的。 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、垃圾回收、哈希映射和可擴展的數組內置語言（部分語言語法，而不是作為一個庫）等等。 當然，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較小等，但是隨著谷歌語言的不斷發展，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語言的優勢】

可直接編譯成機器碼，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。

靜態類型語言，但是有動態語言的感覺，靜態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問題，動態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，這個就是Go最大的特色，天生的支持并發，我曾經說過一句話，天生的基因和整容是有區別的，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，可以充分的利用多核，很容易的使用并發。

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

簡單易學，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關鍵字是25個，但是表達能力很強大，幾乎支持大多數你在其他語言見過的特性：繼承、重載、對象等。

豐富的標準庫，Go目前已經內置了大量的庫，特別是網絡庫非常強大，我最愛的也是這部分。

內置強大的工具，Go語言里面內置了很多工具鏈，最好的應該是gofmt工具，自動化格式化代碼，能夠讓團隊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系統編譯linux的應用，如何做到的呢？Go引用了plan9的代碼，這就是不依賴系統的信息。

內嵌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，利用現有的豐富的C庫。

def是go語言的關鍵字嗎

是的。

根據中國知網顯示關鍵字def是用來定義方法即函數，屬于應用格式，是關鍵字。

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。

當前文章：go語言創建協議的關鍵字 golang自定義協議
鏈接地址：http://vcdvsql.cn/article30/ddojoso.html

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