一文理解Goland協(xié)程調(diào)度器scheduler的實(shí)現(xiàn)

第一文理解Goland協(xié)程調(diào)度器scheduler的實(shí)現(xiàn)目錄1.調(diào)度器scheduler的作用2.GMP模型3.調(diào)度機(jī)制

1.調(diào)度器scheduler的作用

我們都知道，在Go語言中，程序運(yùn)行的最小單元是gorouines。

然而程序的運(yùn)行最終都是要交給操作系統(tǒng)來執(zhí)行的，以Java為例，Java中的一個線程對應(yīng)的就是操作系統(tǒng)中的線程，以此來實(shí)現(xiàn)在操作系統(tǒng)中的運(yùn)行。在Go中，gorouines比線程更輕量級，其與操作系統(tǒng)的線程也不是一一對應(yīng)的關(guān)系，然而，最終我們想要執(zhí)行程序，還是要借助操作系統(tǒng)的線程來完成，調(diào)度器scheduler的工作就是完成gorouines到操作系統(tǒng)線程的調(diào)度。

2.GMP模型

當(dāng)我們運(yùn)行g(shù)ofun(){}時，會生成一個g，優(yōu)先放置在創(chuàng)建他的p的本地隊(duì)列中，如果本地隊(duì)列已滿，那么會放置在全局隊(duì)列中。

g的運(yùn)行需要借助p與m，p是執(zhí)行器，只有獲得p的g才能執(zhí)行，p的執(zhí)行需要掛在m上，m對應(yīng)的是操作系統(tǒng)中的線程，p的數(shù)量與CPU的核數(shù)相同。

goroutine運(yùn)行所需要的上下文信息都是存放在g的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)當(dāng)中的，所以g可以依靠任意的p或者m執(zhí)行，而對于操作系統(tǒng)而言，其并不能看到p與g的調(diào)度過程，這些過程對于操作系統(tǒng)線程來說都是連續(xù)的，所以省去了線程上下文切換的開銷。

g的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下所示：

typegstruct{

stackstack//g自己的棧

m*m//執(zhí)行當(dāng)前g的m

schedgobuf//保存了g的現(xiàn)場，goroutine切換時通過它來恢復(fù)

atomicstatusuint32//g的狀態(tài)Gidle,Grunnable,Grunning,Gsyscall,Gwaiting,Gdead

goidint64

schedlinkguintptr//下一個g,g鏈表

preemptbool//搶占標(biāo)記

lockedmmuintptr//鎖定的M,g中斷恢復(fù)指定M執(zhí)行

gopcuintptr//創(chuàng)建該goroutine的指令地址

startpcuintptr//goroutine函數(shù)的指令地址

}

p的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下所示：

typepstruct{

idint32

statusuint32//狀態(tài)

linkpuintptr//下一個P,P鏈表

mmuintptr//擁有這個P的M

mcache*mcache

//P本地runnable狀態(tài)的G隊(duì)列

runqheaduint32

runqtailuint32

runq[256]guintptr

runnextguintptr//一個比runq優(yōu)先級更高的runnableG

//狀態(tài)為dead的G鏈表，在獲取G時會從這里面獲取

gFreestruct{

gList

nint32

gcBgMarkWorkerguintptr//(atomic)

gcwgcWork

}

m的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下所示：

typemstruct{

g0*g//g0,每個M都有自己獨(dú)有的g0

curg*g//當(dāng)前正在運(yùn)行的g

ppuintptr//當(dāng)前用于的p

nextppuintptr//當(dāng)m被喚醒時，首先擁有這個p

idint64

spinningbool//是否處于自旋

parknote

alllink*m//onallm

schedlinkmuintptr//下一個m,m鏈表

mcache*mcache//內(nèi)存分配

lockedgguintptr//和G的lockedm對應(yīng)

freelink*m//onsched.freem

}

通過gmp模型，我們能解決gorouines到操作系統(tǒng)線程的映射問題，gorouines之間的切換是在用戶態(tài)完成的，在操作系統(tǒng)的視角來看，線程的上下文切換并不頻繁，因此就少了很多陷入內(nèi)核的過程，所以有更好的并發(fā)效果。

3.調(diào)度機(jī)制

1）workstealing機(jī)制

當(dāng)一個p上的g執(zhí)行完之后，他會嘗試從其他的p隊(duì)列中竊取g來執(zhí)行，以減少操作系統(tǒng)線程的切換動作。

2）hand