自从开始使用 Go 语言,到现在也有一年多了,虽不算精通,但也算小有理解。在这里简单记录一下我的心得(其实是学习别人的心得)

goroutine,Go 语言中 cpu 运行的最小单元,与 lua 携程类似,只是叫法和调度方式不同,而 Go-runtime 是如何调度这些 goroutine 将大大小小“工作”安排的明明白白呢,这个就是我们本章要解释的内容。

先提出 3 个组件,分别是 M(Machine)、P(Processor)、G(Goroutinue),他们的相关定义和结构都可以在 Go 语言源码(runtime.h)中看到

  • M(Machine)内核级线程,一个 M 就代表一个真实线程,所有的任务都是跑在 M 之上,数据结构中维护有当前管理的 P、当前执行中的 G 信息和上下文、缓存内存计数器等等...
  • P(Processor)处理器,主要用途是对 goroutinue 进行管理并执行,数据结构中维护有 goroutinue 列表、当前执行中的 G 信息。看到这里可能会感觉到 P 的角色与 M 很相似,但其实 M 是真实的执行者,P 更像是执行和管理个工具,下面我们会讲到两者关系
  • G (Goroutine) 携程,任务的最小单位,数据结构记录自身的上下文信息

这 3 个组件对于调度算法非常重要,整个调度的过程都由这三者进行管理(这里给出一张图,也是我想要写本章的动力,形象可爱又具体)

地鼠(M)用小车(P)运送并加工砖头(G)

这里其实如果有了解过调度概念的,应该已经有了基本的头绪,下面我们深入了解一下细节

1,启动程序(编译原理不解释了,本文只讲 Go 进程的运行调度)

执行可执行文件后,并不会直接去执行 main 函数,而是调度初始化 runtime 模块,并创建第一个 G 执行 main 函数,所以说 G 是 Go 语言的执行单元,所有的执行都是以 Goroutinue 为载体跑在 cpu 上的。那之前说过, Goroutinue 想要跑起来,必须依赖 P/M,否则只凭一块转,怎么可能将自己加工好并运出去呢?所以这里了解一下 runtime 的初始化过程(巴拉巴拉,包含参数,os,hash初始化),本文重点是调度,所以看看调度器初始化的过程就是根据用户的 cpu 核数,建立好多个 Process,然后直接将第一个 G 丢到一个 Global 队列(砖堆)中。

那么刚才也说了,最终的执行者还是要靠地鼠(M、CPU)来干苦力,在程序启动后,主函数执行之前,会创建出第一个 M(系统监控 sysmon,万恶的资本家),Go 语言的阻塞调度、GC 机制、调度算法都离不开这个 M。

sysmon 发现当前并没有 M 干活(M 不够,有空闲的 P 并且有 G)就会招聘(创建)一个地鼠(M)并将有砖块(G)的小车(P)绑定起来,到这里,一个 M/P/G 的关系就建立起来了,此时边开始由 M 去执行 P 中的 G 了。而每次代码中我们执行 go func,都会创建一个新的 goroutinue 加入到 Global 队列。

2, 调度算法

为什么存在调度,就是为了并发更高,资源利用率更高,那如果一个地鼠的砖块都干完了,当然不能停下来,而是去 Global 队列(砖堆)取,还是没有,就去其他地鼠小车里抢砖干(可以看出这里是地鼠自主的去找任务做,说明是算绩效的)。如果两者都没有,尝试几次后,就会选择去睡觉(挂起),不去消耗资源了。以上其实就是 Go 调度算法的主流程,当然一个程序中不可能不可能一切是这么自然,总有砖块是难渣滓(channel 操作,io 阻塞),goroutine 在调用时,就会变成 waiting 状态,这样地鼠就先去干后面的活了,等待 goroutine 的事件回调触发后,会重新加入到就绪队列中等待执行;而如果是需要系统调用的情况,那么地鼠(M)就必须在旁边等待,而当前小车(P)会与地鼠(M)解绑,由 sysmon 重新创建一个地鼠(M)去干剩下的活。这一整套调度算法被称为 work stealing,这种调度算法现在还经常应用于各大系统中。

3,抢占调度

假设一个 Goroutine 不停的 for 循环,因为 Go 语言没有根据时间片调度方式,为每个 G 设定执行时间,那他就会一直循环下去吗?当然不会,开始说过的 sysmon 就是专门搞定这些刺头,在多次监控后,发现当前 G 不停占用资源,会将其从地鼠(M)手里抢过来,强制放入就绪队列,这样就没有人能搞事情咯。

本文仅仅是简单记录一下 goroutine 的调度大纲,其中涉及到操作系统的一些细节问题(G 上下文恢复,抢占调度,异步阻塞)这里就不一一详解了。有兴趣的程序媛们可以自行找相关的资料学习一下

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