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【golang详解】go语言GMP(GPM)原理和调度

Goroutine调度是一个很复杂go语言wait的机制go语言wait，下面尝试用简单的语言描述一下Goroutine调度机制，想要对其有更深入的了解可以去研读一下源码。

首先介绍一下GMP什么意思：

G ----------- goroutine: 即Go协程，每个go关键字都会创建一个协程。

M ---------- thread内核级线程，所有的G都要放在M上才能运行。

P ----------- processor处理器，调度G到M上，其维护了一个队列，存储了所有需要它来调度的G。

Goroutine 调度器P和 OS 调度器是通过 M 结合起来的，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

模型图：

避免频繁的创建、销毁线程，而是对线程的复用。

1）work stealing机制

  当本线程无可运行的G时，尝试从其go语言wait他线程绑定的P偷取G，而不是销毁线程。

2）hand off机制

  当本线程M0因为G0进行系统调用阻塞时，线程释放绑定的P，把P转移给其他空闲的线程执行。进而某个空闲的M1获取P，继续执行P队列中剩下的G。而M0由于陷入系统调用而进被阻塞，M1接替M0的工作，只要P不空闲，就可以保证充分利用CPU。M1的来源有可能是M的缓存池，也可能是新建的。当G0系统调用结束后，根据M0是否能获取到P，将会将G0做不同的处理：

如果有空闲的P，则获取一个P，继续执行G0。

如果没有空闲的P，则将G0放入全局队列，等待被其他的P调度。然后M0将进入缓存池睡眠。

如下图

GOMAXPROCS设置P的数量，最多有GOMAXPROCS个线程分布在多个CPU上同时运行

在Go中一个goroutine最多占用CPU 10ms，防止其他goroutine被饿死。

具体可以去看另一篇文章

【Golang详解】go语言调度机制 抢占式调度

当创建一个新的G之后优先加入本地队列，如果本地队列满了，会将本地队列的G移动到全局队列里面，当M执行work stealing从其他P偷不到G时，它可以从全局G队列获取G。

协程经历过程

我们创建一个协程 go func()经历过程如下图：

说明：

这里有两个存储G的队列，一个是局部调度器P的本地队列、一个是全局G队列。新创建的G会先保存在P的本地队列中，如果P的本地队列已经满了就会保存在全局的队列中；处理器本地队列是一个使用数组构成的环形链表，它最多可以存储 256 个待执行任务。

G只能运行在M中，一个M必须持有一个P，M与P是1：1的关系。M会从P的本地队列弹出一个可执行状态的G来执行，如果P的本地队列为空，就会想其他的MP组合偷取一个可执行的G来执行；

一个M调度G执行的过程是一个循环机制；会一直从本地队列或全局队列中获取G

上面说到P的个数默认等于CPU核数，每个M必须持有一个P才可以执行G，一般情况下M的个数会略大于P的个数，这多出来的M将会在G产生系统调用时发挥作用。类似线程池，Go也提供一个M的池子，需要时从池子中获取，用完放回池子，不够用时就再创建一个。

work-stealing调度算法：当M执行完了当前P的本地队列队列里的所有G后，P也不会就这么在那躺尸啥都不干，它会先尝试从全局队列队列寻找G来执行，如果全局队列为空，它会随机挑选另外一个P，从它的队列里中拿走一半的G到自己的队列中执行。

如果一切正常，调度器会以上述的那种方式顺畅地运行，但这个世界没这么美好，总有意外发生，以下分析goroutine在两种例外情况下的行为。

Go runtime会在下面的goroutine被阻塞的情况下运行另外一个goroutine：

用户态阻塞/唤醒

当goroutine因为channel操作或者network I/O而阻塞时（实际上golang已经用netpoller实现了goroutine网络I/O阻塞不会导致M被阻塞，仅阻塞G，这里仅仅是举个栗子），对应的G会被放置到某个wait队列(如channel的waitq)，该G的状态由_Gruning变为_Gwaitting，而M会跳过该G尝试获取并执行下一个G，如果此时没有可运行的G供M运行，那么M将解绑P，并进入sleep状态；当阻塞的G被另一端的G2唤醒时（比如channel的可读/写通知），G被标记为，尝试加入G2所在P的runnext（runnext是线程下一个需要执行的 Goroutine。）， 然后再是P的本地队列和全局队列。

系统调用阻塞

当M执行某一个G时候如果发生了阻塞操作，M会阻塞，如果当前有一些G在执行，调度器会把这个线程M从P中摘除，然后再创建一个新的操作系统的线程(如果有空闲的线程可用就复用空闲线程)来服务于这个P。当M系统调用结束时候，这个G会尝试获取一个空闲的P执行，并放入到这个P的本地队列。如果获取不到P，那么这个线程M变成休眠状态， 加入到空闲线程中，然后这个G会被放入全局队列中。

队列轮转

可见每个P维护着一个包含G的队列，不考虑G进入系统调用或IO操作的情况下，P周期性的将G调度到M中执行，执行一小段时间，将上下文保存下来，然后将G放到队列尾部，然后从队列中重新取出一个G进行调度。

除了每个P维护的G队列以外，还有一个全局的队列，每个P会周期性地查看全局队列中是否有G待运行并将其调度到M中执行，全局队列中G的来源，主要有从系统调用中恢复的G。之所以P会周期性地查看全局队列，也是为了防止全局队列中的G被饿死。

除了每个P维护的G队列以外，还有一个全局的队列，每个P会周期性地查看全局队列中是否有G待运行并将其调度到M中执行，全局队列中G的来源，主要有从系统调用中恢复的G。之所以P会周期性地查看全局队列，也是为了防止全局队列中的G被饿死。

M0

M0是启动程序后的编号为0的主线程，这个M对应的实例会在全局变量rutime.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

G0是每次启动一个M都会第一个创建的goroutine，G0仅用于负责调度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

一个G由于调度被中断，此后如何恢复？

中断的时候将寄存器里的栈信息，保存到自己的G对象里面。当再次轮到自己执行时，将自己保存的栈信息复制到寄存器里面，这样就接着上次之后运行了。

我这里只是根据自己的理解进行了简单的介绍，想要详细了解有关GMP的底层原理可以去看Go调度器 G-P-M 模型的设计者的文档或直接看源码

参考： ()

()

相关问答

Q1: golang多线程简单逻辑

实现指定个核心最大化使用go语言wait，比如核心总数减一。

必要go语言wait的库。

要使用go语言wait的cpu数量，建议不全使用。

建立管道。

声明使用go语言wait的cpu数。

建立互斥关系，本例中主要为了实现所有线程执行完后再执行后续程序。

创建cpu数减1个线程

后面每个任务结束时要done一个wg，这里根据具体情况加，是循环就在每个循环里加，保证后面能全部done即可

没有缓冲的、阻塞式的往管道传递字符串。

Wait是等所有线程都执行完，即增加的数字被全done掉。

关闭管道。

假设已有的函数是ReadLogs，在它的基础上加个Wg加函数名的新函数，我觉得这种方式不改变原有的，比较舒服。

大意是：循环从管道读取字符串，读不到了就跳出循环。

每个ReadLogs()之后加一个wg.Done()，相当于计数减一。

ReadLogs()就是要执行的任务，不再解释。

就是开指定个线程。

管道阻塞传值。

wg同步。

WgReadLogs循环接收。

Q2: Go 语言 channel 的阻塞问题

Hellogo语言wait，大家好，又见面go语言wait了go语言wait！上一遍我们将 channel 相关基础以及使用场景。这一篇，还需要再次进阶理解channel 阻塞问题。以下创建一个chan类型为int，cap 为3。

channel 内部其实是一个环形buf数据结构 ，是一种滑动窗口机制，当make完后，就分配在 Heap 上。

上面，向 chan 发送一条“hello”数据go语言wait：

如果 G1 发送数据超过指定cap时，会出现什么情况go语言wait？

看下面实例：

以上会出现什么，chan 缓冲区允许大小为1，如果再往chan仍数据，满了就会被阻塞，那么是如何实现阻塞的呢？当 chan 满时，会进入 gopark，此时 G1 进入一个 waiting 状态，然后会创建一个 sudog 对象，其实就sendq队列，把 200放进去。等 buf 不满的时候，再唤醒放入buf里面。

通过如下源码，你会更加清晰：

上面，从 chan 获取数据：

Go 语言核心思想：“Do not communicate by sharing memory; instead, share memory by communicating.” 你可以看看这本书名叫：Effective Go

如果接收者，接收一个空对象，也会发生什么情况？

代码示例 ：

也会报错如下：

上面，从 chan 取出数据，可是没有数据了。此时，它会把 接收者 G2 阻塞掉，也是和G1发送者一样，也会执行 gopark 将状态改为 waiting，不一样的点就是。

正常情况下，接收者G2作为取出数据是去 buf 读取数据的，但现在，buf 为空了，此时，接收者G2会将sudog导出来，因为现在G2已经被阻塞了嘛，会把G2给G，然后将 t := -ch 中变量 t 是在栈上的地址，放进去 elem ，也就是说，只存它的地址指针在sudog里面。

最后， ch - 200 当G1往 chan 添加200这个数据，正常情况是将数据添加到buf里面，然后唤醒 G2 是吧，而现在是将 G1 的添加200数据直接干到刚才G2阻塞的t这里变量里面。

你会认为，这样真的可以吗？想一想，G2 本来就是已经阻塞了，然后我们直接这么干肯定没有什么毛病，而且效率提高了，不需要再次放入buf再取出，这个过程也是需要时间。不然，不得往chan添加数据需要加锁、拷贝、解锁一序列操作，那肯定就慢了，我想Go语言是为了高效及内存使用率的考虑这样设计的。（注意，一般都是在runtime里面完成，不然会出现象安全问题。）

总结 ：

chan 类型的特点：chan 如果为空，receiver 接收数据的时候就会阻塞等待，直到 chan 被关闭或者有新的数据到来。有这种个机制，就可以实现 wait/notify 的设计模式。

相关面试题：

Q3: Go语言设计与实现（上）

基本设计思路：

类型转换、类型断言、动态派发。iface，eface。

反射对象具有的方法：

编译优化：

内部实现：

实现 Context 接口有以下几个类型（空实现就忽略了）：

互斥锁的控制逻辑：

设计思路：

（以上为写被读阻塞，下面是读被写阻塞）

总结，读写锁的设计还是非常巧妙的：

设计思路：

WaitGroup 有三个暴露的函数:

部件：

设计思路：

结构：

Once 只暴露了一个方法：

实现：

三个关键点：

细节：

让多协程任务的开始执行时间可控（按顺序或归一）。（Context 是控制结束时间）

设计思路： 通过一个锁和内置的 notifyList 队列实现，Wait() 会生成票据，并将等待协程信息加入链表中，等待控制协程中发送信号通知一个（Signal()）或所有（Boardcast()）等待者（内部实现是通过票据通知的）来控制协程解除阻塞。

暴露四个函数：

实现细节：

部件：

包： golang.org/x/sync/errgroup

作用：开启 func() error 函数签名的协程，在同 Group 下协程并发执行过程并收集首次 err 错误。通过 Context 的传入，还可以控制在首次 err 出现时就终止组内各协程。

设计思路：

结构：

暴露的方法：

实现细节：

注意问题：

包： "golang.org/x/sync/semaphore"

作用：排队借资源（如钱，有借有还）的一种场景。此包相当于对底层信号量的一种暴露。

设计思路：有一定数量的资源 Weight，每一个 waiter 携带一个 channel 和要借的数量 n。通过队列排队执行借贷。

结构：

暴露方法：

细节：

部件：

细节：

包： "golang.org/x/sync/singleflight"

作用：防击穿。瞬时的相同请求只调用一次，response 被所有相同请求共享。

设计思路：按请求的 key 分组（一个 *call 是一个组，用 map 映射存储组），每个组只进行一次访问，组内每个协程会获得对应结果的一个拷贝。

结构：

逻辑：

细节：

部件：

如有错误，请批评指正。

Q4: golang 进程创建，fork，以及热重启（无缝升级）

一般来说go语言wait，进程go语言wait的操作使用的是一些系统的命令，所以go内部使用os包，进行一些运行系统命令的操作

os 包及其子包 os/exec 提供go语言wait了创建进程的方法。

一般的，应该优先使用 os/exec 包。因为 os/exec 包依赖 os 包中关键创建进程的 API，为了便于理解，我们先探讨 os 包中和进程相关的部分。

Unix :fork创建一个进程，（及其一些变种，如 vfork、clone）。

Go:Linux 下创建进程使用的系统调用是 clone。

允许一进程（父进程）创建一新进程（子进程）。具体做法是，新的子进程几近于对父进程的翻版：子进程获得父进程的栈、数据段、堆和执行文本段的拷贝。可将此视为把父进程一分为二。

终止一进程，将进程占用的所有资源（内存、文件描述符等）归还内核，交其进行再次分配。参数 status 为一整型变量，表示进程的退出状态。父进程可使用系统调用 wait() 来获取该状态。

目的有二：其一，如果子进程尚未调用 exit() 终止，那么 wait 会挂起父进程直至子进程终止；其二，子进程的终止状态通过 wait 的 status 参数返回。

加载一个新程序（路径名为 pathname，参数列表为 argv，环境变量列表为 envp）到当前进程的内存。这将丢弃现存的程序文本段，并为新程序重新创建栈、数据段以及堆。通常将这一动作称为执行一个新程序。

没有直接提供 fork 系统调用的封装，而是将 fork 和 execve 合二为一，提供了 syscall.ForkExec。如果想只调用 fork，得自己通过 syscall.Syscall(syscall.SYS_FORK, 0, 0, 0) 实现。

os.Process 存储了通过 StartProcess 创建的进程的相关信息。

一般通过 StartProcess 创建 Process 的实例，函数声明如下：

它使用提供的程序名、命令行参数、属性开始一个新进程。StartProcess 是一个低级别的接口。os/exec 包提供了高级别的接口，一般应该尽量使用 os/exec 包。如果出错，错误的类型会是 *PathError。

属性定义如下：

FindProcess 可以通过 pid 查找一个运行中的进程。该函数返回的 Process 对象可以用于获取关于底层操作系统进程的信息。在 Unix 系统中，此函数总是成功，即使 pid 对应的进程不存在。

Process 提供了四个方法：Kill、Signal、Wait 和 Release。其中 Kill 和 Signal 跟信号相关，而 Kill 实际上就是调用 Signal，发送了 SIGKILL 信号，强制进程退出，关于信号，后续章节会专门讲解。

Release 方法用于释放 Process 对象相关的资源，以便将来可以被再使用。该方法只有在确定没有调用 Wait 时才需要调用。Unix 中，该方法的内部实现只是将 Process 的 pid 置为 -1。

通过 os 包可以做到运行外部命令，如前面的例子。不过，Go 标准库为我们封装了更好用的包： os/exec，运行外部命令，应该优先使用它，它包装了 os.StartProcess 函数以便更容易的重定向标准输入和输出，使用管道连接 I/O，以及作其它的一些调整。

exec.LookPath 函数在 PATH 指定目录中搜索可执行程序，如 file 中有 /，则只在当前目录搜索。该函数返回完整路径或相对于当前路径的一个相对路径。

func LookPath(file string) (string, error)

如果在 PATH 中没有找到可执行文件，则返回 exec.ErrNotFound。

Cmd 结构代表一个正在准备或者在执行中的外部命令，调用了 Run、Output 或 CombinedOutput 后，Cmd 实例不能被重用。

一般的，应该通过 exec.Command 函数产生 Cmd 实例：

用法

得到 * Cmd 实例后，接下来一般有两种写法：

前面讲到，通过 Cmd 实例后，有两种方式运行命令。有时候，我们不只是简单的运行命令，还希望能控制命令的输入和输出。通过上面的 API 介绍，控制输入输出有几种方法：

参考资料：

Q5: go的适当形式是wait吗

肯定不是啊。go和wait没有什么关系啊。go的适当形式可以是：第三人称单数：goes，

过去式：went

过去分词：gone

复数：go

go语言wait的介绍就聊到这里吧，感谢你花时间阅读本站内容，更多关于go语言walk开发文档、go语言wait的信息别忘了在本站进行查找喔。