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淺析go語言如何實(shí)現(xiàn)協(xié)程的搶占式調(diào)度的

更新時(shí)間：2024年04月23日 08:58:37 作者：shark_chili

go語言通過GMP模型實(shí)現(xiàn)協(xié)程并發(fā),為了避免單協(xié)程持續(xù)持有線程導(dǎo)致線程隊(duì)列中的其他協(xié)程饑餓問題,設(shè)計(jì)者提出了一個(gè)搶占式調(diào)度機(jī)制,本文會(huì)基于一個(gè)簡(jiǎn)單的代碼示例對(duì)搶占式調(diào)度過程進(jìn)行深入講解剖析

詳解協(xié)程搶占式調(diào)度

函數(shù)調(diào)用間進(jìn)行搶占式調(diào)度

假設(shè)我們現(xiàn)在有這樣一個(gè)協(xié)程，它會(huì)進(jìn)行函數(shù)嵌套調(diào)用，代碼如下所示：

func foo1() {
 fmt.Println("foo1調(diào)用foo2")
 foo2()
}

func foo2() {
 fmt.Println("foo2調(diào)用foo3")
 foo3()
}

func foo3() {
 fmt.Println("foo3")
}

func main() {
 //設(shè)置WaitGroup等待協(xié)程運(yùn)行結(jié)束
 var wg sync.WaitGroup
 wg.Add(1)
 //通過協(xié)程調(diào)用foo1
 go func() {
  defer wg.Done()
  foo1()
 }()
 //等待協(xié)程運(yùn)行結(jié)束
 wg.Wait()
}

我們給出運(yùn)行結(jié)果:

foo1調(diào)用foo2
foo2調(diào)用foo3
foo3

基于這段代碼示例，我們通過這段指令獲取plan9匯編碼：

go build -gcflags -S main.go

可以看到在foo1插入runtime.morestack_noctxt方法，該方法是用于檢查當(dāng)前協(xié)程是否有足夠的堆棧空間以保證函數(shù)的正常調(diào)用，基于這一點(diǎn)，go就會(huì)在進(jìn)行這部檢查時(shí)順帶檢查協(xié)程的執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)，一旦超過10ms該方法就會(huì)將協(xié)程設(shè)置為標(biāo)記可被搶占：

0x0061 00097 (F:\github\test\main.go:8) CALL runtime.morestack_noctxt(SB)

如下圖，我們的調(diào)用的函數(shù)都會(huì)被插入一個(gè)morestack通過這個(gè)標(biāo)記判斷當(dāng)前協(xié)程執(zhí)行耗時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)超過10ms則會(huì)直接通過搶占式調(diào)度的方法g0協(xié)程直接調(diào)用schedule方法獲取另外的協(xié)程進(jìn)行調(diào)用：

這一點(diǎn)我們可以在asm_amd64.s看到morestack的newstack的代碼，而newstack就是實(shí)現(xiàn)搶占式調(diào)度的核心：

TEXT runtime·morestack(SB),NOSPLIT,$0-0
 // Cannot grow scheduler stack (m->g0).
 get_tls(CX)
 MOVQ g(CX), BX
 MOVQ g_m(BX), BX
 MOVQ m_g0(BX), SI
 CMPQ g(CX), SI
 JNE 3(PC)
 CALL runtime·badmorestackg0(SB)
 CALL runtime·abort(SB)

    //......
    //函數(shù)調(diào)用前會(huì)調(diào)用newstack進(jìn)行搶占式的檢查
 CALL runtime·newstack(SB)
 CALL runtime·abort(SB) // crash if newstack returns
 RET

上述的newstack方法在stack.go中，如果當(dāng)前協(xié)程可被搶占則會(huì)調(diào)用gopreempt_m回到g0調(diào)用schedule方法從協(xié)程隊(duì)列中拿到新的協(xié)程執(zhí)行任務(wù)：

func newstack() {
 preempt := stackguard0 == stackPreempt


 //如果preempt 為true，則直接當(dāng)前協(xié)程被標(biāo)記為搶占直接調(diào)用gopreempt_m讓出線程執(zhí)行權(quán)
 if preempt {
  if gp == thisg.m.g0 {
   throw("runtime: preempt g0")
  }
  //......

  // Act like goroutine called runtime.Gosched.
  gopreempt_m(gp) // never return
 }
}

基于系統(tǒng)調(diào)用發(fā)起信號(hào)的搶占式調(diào)度

假設(shè)我們的協(xié)程沒有進(jìn)行額外的函數(shù)調(diào)用，是否就意味著當(dāng)前協(xié)程的線程不能被搶占呢？很明顯不是這樣：

網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中需要發(fā)送某些緊急消息希望通過已有連接迅速將消息通知給對(duì)端時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生SIGURG信號(hào)，go語言就會(huì)在收到此信號(hào)時(shí)觸發(fā)搶占式調(diào)度。

進(jìn)行GC工作時(shí)像目標(biāo)線程發(fā)送信號(hào)由此實(shí)現(xiàn)搶占式調(diào)度。

對(duì)于第一點(diǎn)我們可以在signal_unix.go的sighandler方法得以印證，可以看到它會(huì)判斷sig 是否為_SIGURG若是則調(diào)用doSigPreempt進(jìn)行搶占式調(diào)度

func sighandler(sig uint32, info *siginfo, ctxt unsafe.Pointer, gp *g) {
 
 //如果傳入的信號(hào)為_SIGURG則調(diào)用doSigPreempt回到schedule實(shí)現(xiàn)搶占式調(diào)度
 if sig == sigPreempt && debug.asyncpreemptoff == 0 && !delayedSignal {
  // Might be a preemption signal.
  doSigPreempt(gp, c)
  
 }
 //......
}

doSigPreempt會(huì)通過調(diào)用asyncPreempt最終執(zhí)行到preempt.go的asyncPreempt2調(diào)用到和上文函數(shù)調(diào)用搶占式調(diào)度方法gopreempt_m回到schedule方法從而完成搶占式調(diào)度：

func doSigPreempt(gp *g, ctxt *sigctxt) {
 //......
 if wantAsyncPreempt(gp) {
  if ok, newpc := isAsyncSafePoint(gp, ctxt.sigpc(), ctxt.sigsp(), ctxt.siglr()); ok {
   // 調(diào)用asyncPreempt內(nèi)部會(huì)得到一個(gè)和上文函數(shù)調(diào)用時(shí)搶占式調(diào)度的方法gopreempt_m的調(diào)用從而回到schedule方法
   ctxt.pushCall(abi.FuncPCABI0(asyncPreempt), newpc)
  }
 }

 //......
}

到此這篇關(guān)于淺析go語言如何實(shí)現(xiàn)協(xié)程的搶占式調(diào)度的的文章就介紹到這了,更多相關(guān)go協(xié)程搶占式調(diào)度內(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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