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go語言算法競賽 go語言試題

【golang詳解】go語言GMP(GPM)原理和調(diào)度

Goroutine調(diào)度是一個很復(fù)雜的機制,下面嘗試用簡單的語言描述一下Goroutine調(diào)度機制,想要對其有更深入的了解可以去研讀一下源碼。

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首先介紹一下GMP什么意思:

G ----------- goroutine: 即Go協(xié)程,每個go關(guān)鍵字都會創(chuàng)建一個協(xié)程。

M ---------- thread內(nèi)核級線程,所有的G都要放在M上才能運行。

P ----------- processor處理器,調(diào)度G到M上,其維護了一個隊列,存儲了所有需要它來調(diào)度的G。

Goroutine 調(diào)度器P和 OS 調(diào)度器是通過 M 結(jié)合起來的,每個 M 都代表了 1 個內(nèi)核線程,OS 調(diào)度器負責(zé)把內(nèi)核線程分配到 CPU 的核上執(zhí)行

模型圖:

避免頻繁的創(chuàng)建、銷毀線程,而是對線程的復(fù)用。

1)work stealing機制

當(dāng)本線程無可運行的G時,嘗試從其他線程綁定的P偷取G,而不是銷毀線程。

2)hand off機制

當(dāng)本線程M0因為G0進行系統(tǒng)調(diào)用阻塞時,線程釋放綁定的P,把P轉(zhuǎn)移給其他空閑的線程執(zhí)行。進而某個空閑的M1獲取P,繼續(xù)執(zhí)行P隊列中剩下的G。而M0由于陷入系統(tǒng)調(diào)用而進被阻塞,M1接替M0的工作,只要P不空閑,就可以保證充分利用CPU。M1的來源有可能是M的緩存池,也可能是新建的。當(dāng)G0系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束后,根據(jù)M0是否能獲取到P,將會將G0做不同的處理:

如果有空閑的P,則獲取一個P,繼續(xù)執(zhí)行G0。

如果沒有空閑的P,則將G0放入全局隊列,等待被其他的P調(diào)度。然后M0將進入緩存池睡眠。

如下圖

GOMAXPROCS設(shè)置P的數(shù)量,最多有GOMAXPROCS個線程分布在多個CPU上同時運行

在Go中一個goroutine最多占用CPU 10ms,防止其他goroutine被餓死。

具體可以去看另一篇文章

【Golang詳解】go語言調(diào)度機制 搶占式調(diào)度

當(dāng)創(chuàng)建一個新的G之后優(yōu)先加入本地隊列,如果本地隊列滿了,會將本地隊列的G移動到全局隊列里面,當(dāng)M執(zhí)行work stealing從其他P偷不到G時,它可以從全局G隊列獲取G。

協(xié)程經(jīng)歷過程

我們創(chuàng)建一個協(xié)程 go func()經(jīng)歷過程如下圖:

說明:

這里有兩個存儲G的隊列,一個是局部調(diào)度器P的本地隊列、一個是全局G隊列。新創(chuàng)建的G會先保存在P的本地隊列中,如果P的本地隊列已經(jīng)滿了就會保存在全局的隊列中;處理器本地隊列是一個使用數(shù)組構(gòu)成的環(huán)形鏈表,它最多可以存儲 256 個待執(zhí)行任務(wù)。

G只能運行在M中,一個M必須持有一個P,M與P是1:1的關(guān)系。M會從P的本地隊列彈出一個可執(zhí)行狀態(tài)的G來執(zhí)行,如果P的本地隊列為空,就會想其他的MP組合偷取一個可執(zhí)行的G來執(zhí)行;

一個M調(diào)度G執(zhí)行的過程是一個循環(huán)機制;會一直從本地隊列或全局隊列中獲取G

上面說到P的個數(shù)默認等于CPU核數(shù),每個M必須持有一個P才可以執(zhí)行G,一般情況下M的個數(shù)會略大于P的個數(shù),這多出來的M將會在G產(chǎn)生系統(tǒng)調(diào)用時發(fā)揮作用。類似線程池,Go也提供一個M的池子,需要時從池子中獲取,用完放回池子,不夠用時就再創(chuàng)建一個。

work-stealing調(diào)度算法:當(dāng)M執(zhí)行完了當(dāng)前P的本地隊列隊列里的所有G后,P也不會就這么在那躺尸啥都不干,它會先嘗試從全局隊列隊列尋找G來執(zhí)行,如果全局隊列為空,它會隨機挑選另外一個P,從它的隊列里中拿走一半的G到自己的隊列中執(zhí)行。

如果一切正常,調(diào)度器會以上述的那種方式順暢地運行,但這個世界沒這么美好,總有意外發(fā)生,以下分析goroutine在兩種例外情況下的行為。

Go runtime會在下面的goroutine被阻塞的情況下運行另外一個goroutine:

用戶態(tài)阻塞/喚醒

當(dāng)goroutine因為channel操作或者network I/O而阻塞時(實際上golang已經(jīng)用netpoller實現(xiàn)了goroutine網(wǎng)絡(luò)I/O阻塞不會導(dǎo)致M被阻塞,僅阻塞G,這里僅僅是舉個栗子),對應(yīng)的G會被放置到某個wait隊列(如channel的waitq),該G的狀態(tài)由_Gruning變?yōu)開Gwaitting,而M會跳過該G嘗試獲取并執(zhí)行下一個G,如果此時沒有可運行的G供M運行,那么M將解綁P,并進入sleep狀態(tài);當(dāng)阻塞的G被另一端的G2喚醒時(比如channel的可讀/寫通知),G被標記為,嘗試加入G2所在P的runnext(runnext是線程下一個需要執(zhí)行的 Goroutine。), 然后再是P的本地隊列和全局隊列。

系統(tǒng)調(diào)用阻塞

當(dāng)M執(zhí)行某一個G時候如果發(fā)生了阻塞操作,M會阻塞,如果當(dāng)前有一些G在執(zhí)行,調(diào)度器會把這個線程M從P中摘除,然后再創(chuàng)建一個新的操作系統(tǒng)的線程(如果有空閑的線程可用就復(fù)用空閑線程)來服務(wù)于這個P。當(dāng)M系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束時候,這個G會嘗試獲取一個空閑的P執(zhí)行,并放入到這個P的本地隊列。如果獲取不到P,那么這個線程M變成休眠狀態(tài), 加入到空閑線程中,然后這個G會被放入全局隊列中。

隊列輪轉(zhuǎn)

可見每個P維護著一個包含G的隊列,不考慮G進入系統(tǒng)調(diào)用或IO操作的情況下,P周期性的將G調(diào)度到M中執(zhí)行,執(zhí)行一小段時間,將上下文保存下來,然后將G放到隊列尾部,然后從隊列中重新取出一個G進行調(diào)度。

除了每個P維護的G隊列以外,還有一個全局的隊列,每個P會周期性地查看全局隊列中是否有G待運行并將其調(diào)度到M中執(zhí)行,全局隊列中G的來源,主要有從系統(tǒng)調(diào)用中恢復(fù)的G。之所以P會周期性地查看全局隊列,也是為了防止全局隊列中的G被餓死。

除了每個P維護的G隊列以外,還有一個全局的隊列,每個P會周期性地查看全局隊列中是否有G待運行并將其調(diào)度到M中執(zhí)行,全局隊列中G的來源,主要有從系統(tǒng)調(diào)用中恢復(fù)的G。之所以P會周期性地查看全局隊列,也是為了防止全局隊列中的G被餓死。

M0

M0是啟動程序后的編號為0的主線程,這個M對應(yīng)的實例會在全局變量rutime.m0中,不需要在heap上分配,M0負責(zé)執(zhí)行初始化操作和啟動第一個G,在之后M0就和其他的M一樣了

G0

G0是每次啟動一個M都會第一個創(chuàng)建的goroutine,G0僅用于負責(zé)調(diào)度G,G0不指向任何可執(zhí)行的函數(shù),每個M都會有一個自己的G0,在調(diào)度或系統(tǒng)調(diào)用時會使用G0的棧空間,全局變量的G0是M0的G0

一個G由于調(diào)度被中斷,此后如何恢復(fù)?

中斷的時候?qū)⒓拇嫫骼锏臈P畔?,保存到自己的G對象里面。當(dāng)再次輪到自己執(zhí)行時,將自己保存的棧信息復(fù)制到寄存器里面,這樣就接著上次之后運行了。

我這里只是根據(jù)自己的理解進行了簡單的介紹,想要詳細了解有關(guān)GMP的底層原理可以去看Go調(diào)度器 G-P-M 模型的設(shè)計者的文檔或直接看源碼

參考: ()

()

利用go語言實現(xiàn)求數(shù)組交集的算法

題目: 給定兩個數(shù)組,編寫一個函數(shù)來計算它們的交集.(來自 leecode(349) )

示例 1:

輸入:nums1 = [1,2,2,1], nums2 = [2,2] 輸出:[2] 示例 2:

輸入:nums1 = [4,9,5], nums2 = [9,4,9,8,4] 輸出:[9,4]

說明:

我的解法:

題目同上,只不過在輸出的時候

輸出結(jié)果中每個元素出現(xiàn)的次數(shù),應(yīng)與元素在兩個數(shù)組中出現(xiàn)的次數(shù)一致。

示例 1:

輸入:nums1 = [1,2,2,1], nums2 = [2,2] 輸出:[2,2] 示例 2:

輸入:nums1 = [4,9,5], nums2 = [9,4,9,8,4] 輸出:[9,4]

解法

如果給定的數(shù)組是排好序的,

arr1 = [1,2,3,4,4,13],arr2 = [1,2,3,9,10]

那這個返回值該如何獲取得兩個數(shù)組的交集呢?

解法

Go語言 排序與搜索切片

Go語言標準庫中提供了sort包對整型,浮點型,字符串型切片進行排序,檢查一個切片是否排好序,使用二分法搜索函數(shù)在一個有序切片中搜索一個元素等功能。

關(guān)于sort包內(nèi)的函數(shù)說明與使用,請查看

在這里簡單講幾個sort包中常用的函數(shù)

在Go語言中,對字符串的排序都是按照字節(jié)排序,也就是說在對字符串排序時是區(qū)分大小寫的。

二分搜索算法

Go語言中提供了一個使用二分搜索算法的sort.Search(size,fn)方法:每次只需要比較㏒?n個元素,其中n為切片中元素的總數(shù)。

sort.Search(size,fn)函數(shù)接受兩個參數(shù):所處理的切片的長度和一個將目標元素與有序切片的元素相比較的函數(shù),該函數(shù)是一個閉包,如果該有序切片是升序排列,那么在判斷時使用 有序切片的元素 = 目標元素。該函數(shù)返回一個int值,表示與目標元素相同的切片元素的索引。

在切片中查找出某個與目標字符串相同的元素索引

力扣(LeetCode)70爬樓梯Go語言實現(xiàn)報錯為啥?

應(yīng)該是遞歸層次太多,導(dǎo)致溢出了,考慮這個轉(zhuǎn)變成循環(huán)吧,不然70級斐波那契遞歸層次太多了


網(wǎng)頁名稱:go語言算法競賽 go語言試題
文章出自:http://weahome.cn/article/ddeoods.html

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