Go笔记:GMP

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func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(1)
    go func() {
        for {}
    }()
    time.Sleep(time.Second)
    fmt.Println("hello go!")
}

执行上面代码，是执行第一个go func的无限循环，还是打印”hello go!”?

协程

由于 goroutine，Go 可以轻松地同时运行数万个。在最初的计算机时代，只有进程，进程的缺点更加明显，它们太重了。fork一个40M内存的进程，消耗了更多的资源。后来，出现了线程。初始化一个线程应该比进程少一个数据量级的内存，进程要轻得多。与进程相比，线程并发要好很多，但线程切换也得落入内核.如果频繁切换，这个开销还是比较大的。cpu要保存临时存储线程当前的运行状态等等。如果线程很多，CPU在上下文切换上浪费了太多时间。

后来出现了协程，用户协作。相对于线程的优势在于一个线程可以关联多个协程，避免创建过多线程，并且在一个协程执行完后，可以通知下一个协程执行，这样切换就不需要切换到内核模式。它可以在用户模式下完成。

goroutine的起源也来自协程，协程自然拥有协程的所有好处。当然，还有比传统协程更好的地方。创建一个goroutine只需要2k内存，线程切换会消耗大约1000-1500ns，也就是1ns。可以执行12-18条指令。goroutine切换只需要200ns左右，相比线程至少可以节省5倍的时间。一个操作系统级线程可以绑定到多个 goroutine。当发生goroutine切换时，只需要移除当前正在执行的goroutine，不需要进行线程切换。(goroutine不会直接占用cpu，执行超过一段时间就会放弃)

GMP

  • G代表一个goroutine，它包含：表示goroutine栈的一些字段，指示当前goroutine的状态，指示当前运行到的指令地址，也就是PC值
  • M表示内核线程，包含正在运行的goroutine等字段
  • P代表一个虚拟的Processor,它维护一个处于Runnable状态的g队列,m需要获得p才能运行g
  • 当然还有一个核心的结构体:sched,它总览全局

三者的关系：当M有P，P有G时，M才能执行G。

调度算法：

  1. 程序启动时，先初始化并检查P的个数
  2. 创建 goroutine 时，首先尝试将其放入本地队列。如果本地队列已满，则本地队列的前半部分和这个新的 goroutine 将被移动到全局队列中
  3. 如果没有 P 可用，则将新的 goroutine 添加到全局队列中
  4. 如果得到一个空闲的P，则尝试唤醒一个M，当没有可用的M时再创建一个新的M
  5. 当 M 与 P 相关联，并且本地队列中有任务时，它可以直接从 p 的本地队列中取出 goroutine 执行
  6. 当P的本地队列中没有goroutine时，它会尝试从全局队列中取出一部分放入本地队列。该进程被锁定
  7. 当它没有从全局队列中取出时，它会尝试从其他 P 的本地队列中窃取一半并将其放入自己的本地队列中
  8. 当 G 发生系统调用时，P 会与当前 M 断开连接，并尝试从 M 的空闲队列中获取 M 以继续执行剩余的 goroutine
  9. 当上述 G 系统调用结束时，M 尝试获取一个 P 继续执行，如果没有，则将 g 放入全局队列，并自行进入 M 的空闲队列。这不是为了销毁M，是为了避免以后再创建M，造成不必要的开销

goroutine的优点是每个g不直接占用m

每个 M 初始化时，都会注册一个可以接收 sigurg 信号的处理程序。此 sigurg 信号由 sysmon 监视器发送。sysmon 占用单个 M，sysmon 会检查 goroutine 是否执行超过 10ms 或者是否执行了 GC（STW）。如果条件满足，sysmon会给对应的M发送sigurg信号，对应的handler开始执行，标记正在执行的G，然后判断当前栈是否溢出（morestack）。满足条件后，M会保存当前G的上下文（如果下次这个G还能被这个M执行时，可以通过上下文快速返回到上次执行位置），当前G会被丢弃进入全局 G 队列，而 M 继续执行下一个 G 。

如何执行文章开头代码：

在程序开头设置p=1，那么就没有并行问题了，只有一个goroutine可以同时执行，要么是go func的无限循环，要么是main goroutine的time.sleep以后。

  • go1.14以下的版本会无限循环卡住，因为即使main goroutine抢到P，也会因为sleep放弃cpu，然后go func会开始无限执行
  • go1.14及以上，由于sysmon抢占，即使第一个go func抢到P，也会因为执行时间超过10ms而被踢出P的本地队列。执行main goroutine的打印，然后不卡住就退出

PS: go1.14以后，goroutine支持信号抢占式调度