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go語言協(xié)程調度機制 go 調度

【golang詳解】go語言GMP(GPM)原理和調度

Goroutine調度是一個很復雜的機制,下面嘗試用簡單的語言描述一下Goroutine調度機制,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關鍵字都會創(chuàng)建一個協(xié)程。

M ---------- thread內核級線程,所有的G都要放在M上才能運行。

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

Goroutine 調度器P和 OS 調度器是通過 M 結合起來的,每個 M 都代表了 1 個內核線程,OS 調度器負責把內核線程分配到 CPU 的核上執(zhí)行

模型圖:

避免頻繁的創(chuàng)建、銷毀線程,而是對線程的復用。

1)work stealing機制

當本線程無可運行的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

當本線程M0因為G0進行系統(tǒng)調用阻塞時,線程釋放綁定的P,把P轉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G0系統(tǒng)調用結束后,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調度。然后M0將進入緩存池睡眠。

如下圖

GOMAXPROCS設置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語言調度機制 搶占式調度

當創(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)組構成的環(huán)形鏈表,它最多可以存儲 256 個待執(zhí)行任務。

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調度算法:當M執(zhí)行完了當前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I/O阻塞不會導致M被阻塞,僅阻塞G,這里僅僅是舉個栗子),對應的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)調用阻塞

當M執(zhí)行某一個G時候如果發(fā)生了阻塞操作,M會阻塞,如果當前有一些G在執(zhí)行,調度器會把這個線程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用空閑線程)來服務于這個P。當M系統(tǒng)調用結束時候,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

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)調用或IO操作的情況下,P周期性的將G調度到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待運行并將其調度到M中執(zhí)行,全局隊列中G的來源,主要有從系統(tǒng)調用中恢復的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待運行并將其調度到M中執(zhí)行,全局隊列中G的來源,主要有從系統(tǒng)調用中恢復的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對應的實例會在全局變量rutime.m0中,不需要在heap上分配,M0負責執(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僅用于負責調度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,在調度或系統(tǒng)調用時會使用G0的??臻g,全局變量的G0是M0的G0

一個G由于調度被中斷,此后如何恢復?

中斷的時候將寄存器里的棧信息,保存到自己的G對象里面。當再次輪到自己執(zhí)行時,將自己保存的棧信息復制到寄存器里面,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GMP的底層原理可以去看Go調度器 G-P-M 模型的設計者的文檔或直接看源碼

參考: ()

()

golang協(xié)程調度模式解密

golang學習筆記

頻繁創(chuàng)建線程會造成不必要的開銷,所以才有了線程池。在線程池中預先保存一定數(shù)量的線程,新任務發(fā)布到任務隊列,線程池中的線程不斷地從任務隊列中取出任務并執(zhí)行,可以有效的減少創(chuàng)建和銷毀帶來的開銷。

過多的線程會導致爭搶cpu資源,且上下文的切換的開銷變大。而工作在用戶態(tài)的協(xié)程能大大減少上下文切換的開銷。協(xié)程調度器把可運行的協(xié)程逐個調度到線程中執(zhí)行,同時即時把阻塞的協(xié)程調度出協(xié)程,從而有效地避免了線程的頻繁切換,達到了少量線程實現(xiàn)高并發(fā)的效果。

多個協(xié)程分享操作系統(tǒng)分給線程的時間片,從而達到充分利用CPU的目的,協(xié)程調度器決定了則決定了協(xié)程運行的順序。每個線程同一時刻只能運行一個協(xié)程。

go調度模型包含三個實體:

每個處理器維護者一個協(xié)程G的隊列,處理器依次將協(xié)程G調度到M中執(zhí)行。

每個P會周期性地查看全局隊列中是否有G待運行并將其調度到M中執(zhí)行,全局隊列中的G主要來自系統(tǒng)調用中恢復的G.

如果協(xié)程發(fā)起系統(tǒng)調用,則整個工作線程M被阻塞,協(xié)程隊列中的其他協(xié)程都會阻塞。

一般情況下M的個數(shù)會略大于P個數(shù),多出來的M將會在G產(chǎn)生系統(tǒng)調用時發(fā)揮作用。與線程池類似,Go也提供M池子。當協(xié)程G1發(fā)起系統(tǒng)掉用時,M1會釋放P,由 M1-P-G1 G2 ... 轉變成 M1-G1 , M2會接管P的其他協(xié)程 M2-P-G2 G3 G4... 。

冗余的M可能來源于緩存池,也可能是新建的。

當G1結束系統(tǒng)調用后,根據(jù)M1是否獲取到P,進行不用的處理。

多個處理P維護隊列可能不均衡,導致部分處理器非常繁忙,而其余相對空閑。產(chǎn)生原因是有些協(xié)程自身不斷地派生協(xié)程。

為此Go調度器提供了工作量竊取策略,當某個處理器P沒有需要調度的協(xié)程時,將從其他處理中偷取協(xié)程,每次偷取一半。

搶占式調度,是指避免某個協(xié)程長時間執(zhí)行,而阻礙其他協(xié)程被調度的機制。

調度器監(jiān)控每個協(xié)程執(zhí)行時間,一旦執(zhí)行時間過長且有其他協(xié)程等待,會把協(xié)程暫停,轉而調度等待的協(xié)程,以達到類似時間片輪轉的效果。比如for循環(huán)會一直占用執(zhí)行權。

在IO密集型應用,GOMAXPROCS大小設置大一些,獲取性能會更好。

IO密集型會經(jīng)常發(fā)生系統(tǒng)調用,會有一個新的M啟用或創(chuàng)建,但由于Go調度器檢測M到被阻塞有一定延遲。如果P數(shù)量多,則P管理協(xié)程隊列會變小。

2020-08-20:GO語言中的協(xié)程與Python中的協(xié)程的區(qū)別?

福哥答案2020-08-20:

1.golang的協(xié)程是基于gpm機制,是可以多核多線程的。Python的協(xié)程是eventloop模型(IO多路復用技術)實現(xiàn),協(xié)程是嚴格的 1:N 關系,也就是一個線程對應了多個協(xié)程。雖然可以實現(xiàn)異步I/O,但是不能有效利用多核(GIL)。

2.golang用go func。python用import asyncio,async/await表達式。

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文章題目:go語言協(xié)程調度機制 go 調度
當前URL:http://weahome.cn/article/doojshc.html

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