goroutine 調度算法

自從開始使用 Go 語言，到如今也有一年多了，雖不算精通，但也算小有理解。在這裏簡單記錄一下個人心得（實際上是學習別人的心得）

goroutine，Go 語言中 cpu 運行的最小單元，與 lua 攜程相似，只是叫法和調度方式不一樣，而 Go-runtime 是如何調度這些 goroutine 將大大小小「工做」安排的明明白白呢，這個就是咱們本章要解釋的內容。

 

先提出 3 個組件，分別是 M(Machine)、P(Processor)、G(Goroutinue)，他們的相關定義和結構均可以在 Go 語言源碼(runtime.h)中看到

• M（Machine）內核級線程，一個 M 就表明一個真實線程，全部的任務都是跑在 M 之上，數據結構中維護有當前管理的 P、當前執行中的 G 信息和上下文、緩存內存計數器等等...
• P（Processor）處理器，主要用途是對 goroutinue 進行管理並執行，數據結構中維護有 goroutinue 列表、當前執行中的 G 信息。看到這裏可能會感受到 P 的角色與 M 很類似，但其實 M 是真實的執行者，P 更像是執行和管理個工具，下面咱們會講到二者關係
• G (Goroutine) 攜程，任務的最小單位，數據結構記錄自身的上下文信息

這 3 個組件對於調度算法很是重要，整個調度的過程都由這三者進行管理（這裏給出一張圖，也是我想要寫本章的動力，形象可愛又具體）

 

 地鼠（M）用小車（P）運送並加工磚頭（G）

這裏其實若是有了解過調度概念的，應該已經有了基本的頭緒，下面咱們深刻了解一下細節

1，啓動程序（編譯原理不解釋了，本文只講 Go 進程的運行調度）

 執行可執行文件後，並不會直接去執行 main 函數，而是調度初始化 runtime 模塊，並建立第一個 G 執行 main 函數，因此說 G 是 Go 語言的執行單元，全部的執行都是以 Goroutinue 爲載體跑在 cpu 上的。那以前說過， Goroutinue 想要跑起來，必須依賴 P/M，不然只憑一塊轉，怎麼可能將本身加工好並運出去呢？因此這裏瞭解一下 runtime 的初始化過程（巴拉巴拉，包含參數，os，hash初始化），本文重點是調度，因此看看調度器初始化的過程就是根據用戶的 cpu 核數，創建好多個 Process，而後直接將第一個 G 丟到一個 Global 隊列（磚堆）中。

那麼剛纔也說了，最終的執行者仍是要靠地鼠（M、CPU）來幹苦力，在程序啓動後，主函數執行以前，會建立出第一個 M（系統監控 sysmon，萬惡的資本家），Go 語言的阻塞調度、GC 機制、調度算法都離不開這個 M。

sysmon 發現當前並無 M 幹活（M 不夠，有空閒的 P 而且有 G）就會招聘（建立）一個地鼠（M）並將有磚塊（G）的小車（P）綁定起來，到這裏，一個 M/P/G 的關係就創建起來了，此時邊開始由 M 去執行 P 中的 G 了。而每次代碼中咱們執行 go func，都會建立一個新的 goroutinue 加入到 Global 隊列。

2， 調度算法

爲何存在調度，就是爲了併發更高，資源利用率更高，那若是一個地鼠的磚塊都幹完了，固然不能停下來，而是去 Global 隊列（磚堆）取，仍是沒有，就去其餘地鼠小車裏搶磚幹（能夠看出這裏是地鼠自主的去找任務作，說明是算績效的）。若是二者都沒有，嘗試幾回後，就會選擇去睡覺（掛起），不去消耗資源了。以上其實就是 Go 調度算法的主流程，固然一個程序中不可能不可能一切是這麼天然，總有磚塊是難渣滓（channel 操做，io 阻塞），goroutine 在調用時，就會變成 waiting 狀態，這樣地鼠就先去幹後面的活了，等待 goroutine 的事件回調觸發後，會從新加入到就緒隊列中等待執行；而若是是須要系統調用的狀況，那麼地鼠（M）就必須在旁邊等待，而當前小車（P）會與地鼠（M）解綁，由 sysmon 從新建立一個地鼠（M）去幹剩下的活。這一整套調度算法被稱爲 work stealing，這種調度算法如今還常常應用於各大系統中。

 

3，搶佔調度

假設一個 Goroutine 不停的 for 循環，由於 Go 語言沒有根據時間片調度方式，爲每一個 G 設定執行時間，那他就會一直循環下去嗎？固然不會，開始說過的 sysmon 就是專門搞定這些刺頭，在屢次監控後，發現當前 G 不停佔用資源，會將其從地鼠（M）手裏搶過來，強制放入就緒隊列，這樣就沒有人能搞事情咯。

 本文僅僅是簡單記錄一下 goroutine 的調度大綱，其中涉及到操做系統的一些細節問題（G 上下文恢復，搶佔調度，異步阻塞）這裏就不一一詳解了。有興趣的程序媛們能夠自行找相關的資料學習一下