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一文詳解Golang協(xié)程調(diào)度器scheduler

更新時(shí)間：2022年07月31日 10:43:57 作者：樹獺叔叔

這篇文章主要介紹了一文詳解Golang協(xié)程調(diào)度器scheduler，文章圍繞主題展開詳細(xì)的內(nèi)容介紹，具有一定的參考價(jià)值，需要的朋友可以參考一下

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(gè)線程對(duì)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(jí)，其與操作系統(tǒng)的線程也不是一一對(duì)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go fun(){}時(shí)，會(huì)生成一個(gè)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(huì)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(duì)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(duì)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(duì)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：

type g struct {
    stack       stack   // g自己的棧

    m            *m      // 執(zhí)行當(dāng)前g的m
    sched        gobuf   // 保存了g的現(xiàn)場(chǎng)，goroutine切換時(shí)通過它來恢復(fù)
    atomicstatus uint32  // g的狀態(tài)Gidle,Grunnable,Grunning,Gsyscall,Gwaiting,Gdead
    goid         int64
    schedlink    guintptr // 下一個(gè)g, g鏈表

    preempt       bool //搶占標(biāo)記

    lockedm        muintptr // 鎖定的M,g中斷恢復(fù)指定M執(zhí)行
    gopc           uintptr  // 創(chuàng)建該goroutine的指令地址
    startpc        uintptr  // goroutine 函數(shù)的指令地址
}

p的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下所示：

type p struct {
    id          int32
    status      uint32 // 狀態(tài)
    link        puintptr // 下一個(gè)P, P鏈表
    m           muintptr // 擁有這個(gè)P的M
    mcache      *mcache  

    // P本地runnable狀態(tài)的G隊(duì)列
    runqhead uint32
    runqtail uint32
    runq     [256]guintptr
    
    runnext guintptr // 一個(gè)比runq優(yōu)先級(jí)更高的runnable G

    // 狀態(tài)為dead的G鏈表，在獲取G時(shí)會(huì)從這里面獲取
    gFree struct {
        gList
        n int32
    }

    gcBgMarkWorker       guintptr // (atomic)
    gcw gcWork

}

m的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下所示：

type m struct {
    g0      *g     // g0, 每個(gè)M都有自己獨(dú)有的g0

    curg          *g       // 當(dāng)前正在運(yùn)行的g
    p             puintptr // 當(dāng)前用于的p
    nextp         puintptr // 當(dāng)m被喚醒時(shí)，首先擁有這個(gè)p
    id            int64
    spinning      bool // 是否處于自旋

    park          note
    alllink       *m // on allm
    schedlink     muintptr // 下一個(gè)m, m鏈表
    mcache        *mcache  // 內(nèi)存分配
    lockedg       guintptr // 和 G 的lockedm對(duì)應(yīng)
    freelink      *m // on sched.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）work stealing機(jī)制

當(dāng)一個(gè)p上的g執(zhí)行完之后，他會(huì)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(dòng)作。

2）hand off機(jī)制

這個(gè)是針對(duì)m來說的，有的時(shí)候m可能因?yàn)間的信號(hào)調(diào)用而被操作系統(tǒng)阻塞，這個(gè)時(shí)候p就會(huì)掛載去另一個(gè)m繼續(xù)執(zhí)行可以執(zhí)行的g，當(dāng)阻塞的m就緒之后，會(huì)給p發(fā)信號(hào)，召喚他回來繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)操作。

到此這篇關(guān)于一文詳解Golang協(xié)程調(diào)度器scheduler的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Golang scheduler內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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