Go routine調度

go routine的調度原理和操做系統的線層調度是比較類似的。這裏咱們將介紹go routine的相關知識。

goroutine（有人也稱之爲協程）本質上go的用戶級線程的實現，這種用戶級線程是運行在內核級線程之上。當咱們在go程序中建立goroutine的時候，咱們的這些routine將會被分配到不一樣的內核級線程中運行。一個內核級線程可能會負責多個routine的運行。而保證這些routine在內內核級線程安全、公平、高效運行的工做，就由調度器來實現。

Go調度的組成

Go的調度主要有四個結構組成，分別是：

• G：goroutine的核心結構，包括routine的棧、程序計數器pc、以及一些狀態信息等；
• M：內核級線程。goroutine在M上運行。M中信息包括：正在運行的goroutine、等待運行的routine列表等。固然也包括操做系統線程相關信息，這些此處不討論。
• P：processor，處理器，只要用於執行goroutine，維護了一個goroutine列表。其實P是能夠從屬於M的。當P從屬於（分配給）M的時候，表示P中的某個goroutine得以運行。當P不從屬於M的時候，表示P中的全部goroutine都須要等待被安排到內核級線程運行。
• Sched：調度器，存儲、維護M，以及一個全局的goroutine等待隊列，以及其餘狀態信息。

Go程序的啓動過程

• 初始化Sched：一個存儲P的列表pidle。P的數量能夠經過GOMAXPROCS設置；
• 建立第一個goroutine。這個goroutine會建立一個M，這個內核級線程（sysmon）的工做是對goroutine進行監控。以後，這個goroutine開始咱們在main函數裏面的代碼，此時，該goroutine就是咱們說的主routine。

建立goroutine：

• goroutine建立時指定了代碼段
• 而後，goroutine被加入到P中去等待運行。
• 這個新建的goroutine的信息包含：棧地址、程序計數器

建立內核級線程M

內核級線程由go的運行時根據實際狀況建立，咱們沒法再go中建立內核級線程。那何時回建立內核級線程呢？當前程序等待運行的goroutine數量達到必定數量及存在空閒（爲被分配給M）的P的時候，Go運行時就會建立一些M，而後將空閒的P分配給新建的內核級線程M，接着纔是獲取、運行goroutine。建立M的接口函數以下：

// 建立M的接口函數
void newm(void (*fn)(void), P *p)

// 分配P給M
if(m != &runtime·m0) {Â
    acquirep(m->nextp);
    m->nextp = nil;
}
// 獲取goroutine並開始運行
schedule();

M的運行

static void schedule(void)
{
    G *gp;

    gp = runqget(m->p);
    if(gp == nil)
        gp = findrunnable();

  // 若是P的類別不止一個goroutine，且調度器中有空閒的的P，就喚醒其餘內核級線程M
    if (m->p->runqhead != m->p->runqtail &&
        runtime·atomicload(&runtime·sched.nmspinning) == 0 &&
        runtime·atomicload(&runtime·sched.npidle) > 0)  // TODO: fast atomic
        wakep();
  // 執行goroutine
    execute(gp);
}

• runqget: 從P中獲取goroutine即gp。gp可能爲nil（如M剛建立時P爲空；或者P的goroutine已經運行完了）。
• findrunnable：尋找空閒的goroutine（從全局的goroutine等待隊列獲取goroutine；若是全部goroutine都已經被分配了，那麼從其餘M的P的goroutine的goroutine列表獲取一些）。若是獲取到goroutine，就將他放入P中，並執行它；不然沒能獲取到任何的goroutine，該內核級線程進行系統調用sleep了。
• wakep：噹噹前內核級線程M的P中不止一個goroutine且調度器中有空閒的的P，就喚醒其餘內核級線程M。（爲了找些空閒的M幫本身分擔）。

Routine狀態遷移

前面說的是G，M是怎樣建立的以及何時建立、運行。那麼goroutine在M是是怎樣進行調度的呢？這個纔是goroutine的調度核心問題，即上面代碼中的schedule。在說調度以前，咱們必須知道goroutine的狀態有什麼，以及各個狀態之間的關係。

• Gidle：建立中的goroutine，實際上這個狀態沒有什麼用；
• Grunnable：新建立完成的goroutine在完成了資源的分配及初始化後，會進入這個狀態。這個新建立的goroutine會被分配到建立它的M的P中；
• Grunning：當Grunnable中的goroutine等到了空閒的cpu或者到了本身的時間片的時候，就會進入Grunning狀態。這個裝下的goroutine能夠被前文提到的findrunnable函數獲取；
• Gwaiting：當正在運行的goroutine進行一些阻塞調用的時候，就會從Grunning狀態進入Gwaiting狀態。常見的調用有：寫入一個滿的channel、讀取空的channel、IO操做、定時器Ticker等。當阻塞調用完成後，goroutine的狀態就會從Gwaiting轉變爲Grunnable；
• Gsyscall：當正在運行的goroutine進行系統調用的時候，其狀態就會轉變爲Gsyscall。當系統調用完成後goroutine的狀態就會變爲Grunnable。（前文提到的sysmon進程會監控全部的P，若是發現有的P的系統調用是阻塞式的或者執行的時間過長，就會將P從原來的M分離出來，並新建一個M，將P分配給這個新建的M）。

Ref

• https://zhuanlan.zhihu.com/p/...
• http://skoo.me/go/2013/11/29/...