【go笔记】goroutine调度器的GMP模型简介

李明燮(li_mingxie)

2022-03-23

golang

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说起go语言，离不开goroutine。
之前使用go语言开发的时候，也没多少机会用到goroutine。
趁这些天了解一下GMP模型G(goroutine) M(thread) P(Processor)。

1.GMP模型

G -> goroutine

Go中，协程被称为goroutine，一个goroutine只占几KB。
而且调度也很灵活(是通过runtime调度的)。

P -> Processor

它包含了运行goroutine的资源，如果线程想运行goroutine，必须先获取P，P中还包含了可运行的G队列。

M -> thread

每个M都代表了1个内核线程，OS调度器负责把内核线程分配到CPU的核上执行。

协程是程序级别的，  
协程是通过runtime调度器的Processor分配到thread。

线程thread是操作系统级别的。  
thread是通过操作系统OS调度器分配到CPU上执行内容。

看看下图：

图片备用地址
gmp

我们从下往上看每个节点的作用:

CPU:=> 线程是在CPU中执行。每个CPU一次只能处理一个线程thread。
M(thread):=> M从P本地队列中获取G执行，执行后从P获取下一个G, 不断的重复下去。
OS调度器:=> 管理M和CPU之间的调度。
P(Processor):=> P是M与G之间的协调。所有的P都在程序启动时创建，最多有GOMAXPROCS(可配置)个。P和M是1:1的关系。
goroutine调度器:=> 管理P和G之间的调度。
P的本地队列:=> 存放等待运行的G, 新建G时会优先加入到P的本地队列, 如果队列满了, 则会把本地队列中一半的G移动到全局队列。
全局队列(Global Queue):=> 存放等待运行的G。

2.Go调度器调度过程解析

下面分析一下调度器调度的过程。

◆func()调度过程

假设有一个 go func(), 简单的模拟一下调度的过程。

=> go func()
=> 创建G
=> G进入P的本地队列(满了进入全局队列)
=> 和P有关联的M通过P获取G(如空的话去别的本地列或全局队列里获取)
=> M在CPU中执行。

◆main()调度过程

看下一段代码执行的过程

package main

import "fmt"

func main() {
    fmt.Println("Hello world")
}

=> runtime 创建最初的线程 M0 和 G0，并把2者关联。
=> 调度器初始化：初始化 M0、栈、垃圾回收，以及创建和初始化由 GOMAXPROCS设定个数的P和P列表。
=> 代码经过编译后，runtime.main会调用main.main，程序启动时会为runtime.main创建goroutine，然后把main goroutine加入到P的本地队列。
=> 上述操作中，M0已经绑定了P0，会从P的本地队列获取G，获取到 main goroutine。
=> M根据G中的栈信息和调度信息设置运行环境后, M运行G。
=> 执行完G后退出，再次回到M获取可运行的G，这样重复下去，直到main.main退出，
runtime.main执行Defer和Panic处理，或调用runtime.exit退出程序。
runtime.main的goroutine 运行是调度器的真正开始，直到runtime.main结束。

这里补充说明一下M0和G0

M0 是启动程序后的编号为0的主线程，M0对应的实例会在全局变量 runtime.m0 中，不需要在heap上分配，
M0 负责执行初始化操作和启动第一个 G，在之后M0就和其他的 M 一样了。

G0 是每次启动一个M都会第一个创建的 gourtine，G0仅用于负责调度的G，G0不指向任何可执行的函数，每个M都会有一个自己的G0。
在调度或系统调用时会使用G0的栈空间，全局变量的G0是M0的G0。