golang調度視頻,golang調試器

本文目錄一覽：

• 1、Golang 線程和協程的區別
• 2、golang csp 模型
• 3、golang協程調度模式解密
• 4、【golang詳解】go語言GMP(GPM)原理和調度
• 5、golang的線程模型——GMP模型

Golang 線程和協程的區別

線程：

多線程是為了解決CPU利用率的問題，線程則是為了減少上下文切換時的開銷，進程和線程在Linux中沒有本質區別，最大的不同就是進程有自己獨立的內存空間，而線程是共享內存空間。

在進程切換時需要轉換內存地址空間，而線程切換沒有這個動作，所以線程切換比進程切換代價要小得多。

協程：

想要簡單，又要性能高，協程就可以達到我們的目的，它是用戶視角的一種抽象，操作系統並沒有這個概念，主要思想是在用戶態實現調度算法，用少量線程完成大量任務的調度。

Goroutine是GO語言實現的協程，其特點是在語言層面就支持，使用起來十分方便，它的核心是MPG調度模型：M即內核線程;P即處理器，用來執行Goroutine，它維護了本地可運行隊列;G即Goroutine，代碼和數據結構;S及調度器，維護M和P的信息。

golang csp 模型

調度器 由三方面實體構成：

三者對應關係：

上圖有2個 物理線程 M，每一個 M 都擁有一個上下文（P），每一個也都有一個正在運行的goroutine（G）。

P 的數量可由 runtime.GOMAXPROCS() 進行設置，它代表了真正的並發能力，即可有多少個 goroutine 同時運行。

調度器為什麼要維護多個上下文P 呢？ 因為當一個物理線程 M 被阻塞時，P 可以轉而投奔另一個OS線程 M （即 P 帶着 G 連莖拔起，去另一個 M 節點下運行）。這是 Golang調度器厲害的地方，也是高並發能力的保障。

golang協程調度模式解密

golang學習筆記

頻繁創建線程會造成不必要的開銷，所以才有了線程池。在線程池中預先保存一定數量的線程，新任務發布到任務隊列，線程池中的線程不斷地從任務隊列中取出任務並執行，可以有效的減少創建和銷毀帶來的開銷。

過多的線程會導致爭搶cpu資源，且上下文的切換的開銷變大。而工作在用戶態的協程能大大減少上下文切換的開銷。協程調度器把可運行的協程逐個調度到線程中執行，同時即時把阻塞的協程調度出協程，從而有效地避免了線程的頻繁切換，達到了少量線程實現高並發的效果。

多個協程分享操作系統分給線程的時間片，從而達到充分利用CPU的目的，協程調度器決定了則決定了協程運行的順序。每個線程同一時刻只能運行一個協程。

go調度模型包含三個實體：

每個處理器維護者一個協程G的隊列，處理器依次將協程G調度到M中執行。

每個P會周期性地查看全局隊列中是否有G待運行並將其調度到M中執行，全局隊列中的G主要來自系統調用中恢復的G.

如果協程發起系統調用，則整個工作線程M被阻塞，協程隊列中的其他協程都會阻塞。

一般情況下M的個數會略大於P個數，多出來的M將會在G產生系統調用時發揮作用。與線程池類似，Go也提供M池子。當協程G1發起系統掉用時，M1會釋放P,由 M1-P-G1 G2 … 轉變成 M1-G1 , M2會接管P的其他協程 M2-P-G2 G3 G4… 。

冗餘的M可能來源於緩存池，也可能是新建的。

當G1結束系統調用後，根據M1是否獲取到P,進行不用的處理。

多個處理P維護隊列可能不均衡，導致部分處理器非常繁忙，而其餘相對空閑。產生原因是有些協程自身不斷地派生協程。

為此Go調度器提供了工作量竊取策略，當某個處理器P沒有需要調度的協程時，將從其他處理中偷取協程，每次偷取一半。

搶佔式調度，是指避免某個協程長時間執行，而阻礙其他協程被調度的機制。

調度器監控每個協程執行時間，一旦執行時間過長且有其他協程等待，會把協程暫停，轉而調度等待的協程，以達到類似時間片輪轉的效果。比如for循環會一直佔用執行權。

在IO密集型應用，GOMAXPROCS大小設置大一些，獲取性能會更好。

IO密集型會經常發生系統調用，會有一個新的M啟用或創建，但由於Go調度器檢測M到被阻塞有一定延遲。如果P數量多，則P管理協程隊列會變小。

【golang詳解】go語言GMP(GPM)原理和調度

Goroutine調度是一個很複雜的機制，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。

首先介紹一下GMP什麼意思：

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由於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系統調用結束後，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。然後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最多佔用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 搶佔式調度

當創建一個新的G之後優先加入本地隊列，如果本地隊列滿了，會將本地隊列的G移動到全局隊列裡面，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：

這裡有兩個存儲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的關係。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的個數默認等於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的個數會略大於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後，P也不會就這麼在那躺屍啥都不幹，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，但這個世界沒這麼美好，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，這裡僅僅是舉個栗子），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嘗試獲取並執行下一個G，如果此時沒有可運行的G供M運行，那麼M將解綁P，並進入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。）， 然後再是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，然後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)來服務於這個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，並放入到這個P的本地隊列。如果獲取不到P，那麼這個線程M變成休眠狀態， 加入到空閑線程中，然後這個G會被放入全局隊列中。

隊列輪轉

可見每個P維護着一個包含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，然後將G放到隊列尾部，然後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待運行並將其調度到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待運行並將其調度到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是啟動程序後的編號為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，在之後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僅用於負責調度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由於調度被中斷，此後如何恢復？

中斷的時候將寄存器里的棧信息，保存到自己的G對象裡面。當再次輪到自己執行時，將自己保存的棧信息複製到寄存器裡面，這樣就接着上次之後運行了。

我這裡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： ()

()

golang的線程模型——GMP模型

內核線程（Kernel-Level Thread ，KLT）

輕量級進程（Light Weight Process,LWP）：輕量級進程就是我們通常意義上所講的線程，由於每個輕量級進程都由一個內核線程支持，因此只有先支持內核線程，才能有輕量級進程

用戶線程與系統線程一一對應，用戶線程執行如lo操作的系統調用時，來回切換操作開銷相對比較大

多個用戶線程對應一個內核線程，當內核線程對應的一個用戶線程被阻塞掛起時候，其他用戶線程也阻塞不能執行了。

多對多模型是可以充分利用多核CPU提升運行效能的

go線程模型包含三個概念：內核線程(M)，goroutine(G),G的上下文環境（P）；

GMP模型是goalng特有的。

P與M一般是一一對應的。P（上下文）管理着一組G（goroutine）掛載在M（內核線程）上運行，圖中左邊藍色為正在執行狀態的goroutine，右邊為待執行狀態的goroutiine隊列。P的數量由環境變量GOMAXPROCS的值或程序運行runtime.GOMAXPROCS()進行設置。

當一個os線程在執行M1一個G1發生阻塞時，調度器讓M1拋棄P，等待G1返回，然後另起一個M2接收P來執行剩下的goroutine隊列（G2、G3…），這是golang調度器厲害的地方，可以保證有足夠的線程來運行剩下所有的goroutine。

當G1結束後，M1會重新拿回P來完成，如果拿不到就丟到全局runqueue中，然後自己放到線程池或轉入休眠狀態。空閑的上下文P會周期性的檢查全局runqueue上的goroutine，並且執行它。

另一種情況就是當有些P1太閑而其他P2很忙碌的時候，會從其他上下文P2拿一些G來執行。

詳細可以翻看下方第一個參考鏈接，寫得真好。

最後用大佬的總結來做最後的收尾————

Go語言運行時，通過核心元素G，M，P 和 自己的調度器，實現了自己的並發線程模型。調度器通過對G，M，P的調度實現了兩級線程模型中操作系統內核之外的調度任務。整個調度過程中會在多種時機去觸發最核心的步驟 “一整輪調度”，而一整輪調度中最關鍵的部分在“全力查找可運行G”，它保證了M的高效運行（換句話說就是充分使用了計算機的物理資源），一整輪調度中還會涉及到M的啟用停止。最後別忘了，還有一個與Go程序生命周期相同的系統監測任務來進行一些輔助性的工作。

淺析Golang的線程模型與調度器

Golang CSP並發模型

Golang線程模型