【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(jī)制，下面嘗試用簡單的語言描述一下Goroutine調(diào)度機(jī)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(yùn)行。

P ----------- processor處理器，調(diào)度G到M上，其維護(hù)了一個隊(duì)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(fù)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(jī)制

當(dāng)本線程無可運(yùn)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(jī)制

當(dāng)本線程M0因?yàn)镚0進(jìn)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(jìn)而某個空閑的M1獲取P，繼續(xù)執(zhí)行P隊(duì)列中剩下的G。而M0由于陷入系統(tǒng)調(diào)用而進(jìn)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(duì)列，等待被其他的P調(diào)度。然后M0將進(jìn)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(yùn)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(jī)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(duì)列，如果本地隊(duì)列滿了，會將本地隊(duì)列的G移動到全局隊(duì)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(duì)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(duì)列，一個是局部調(diào)度器P的本地隊(duì)列、一個是全局G隊(duì)列。新創(chuàng)建的G會先保存在P的本地隊(duì)列中，如果P的本地隊(duì)列已經(jīng)滿了就會保存在全局的隊(duì)列中；處理器本地隊(duì)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(yùn)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(duì)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(duì)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(jī)制；會一直從本地隊(duì)列或全局隊(duì)列中獲取G

上面說到P的個數(shù)默認(rèn)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(duì)列隊(duì)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(duì)列隊(duì)列尋找G來執(zhí)行，如果全局隊(duì)列為空，它會隨機(jī)挑選另外一個P，從它的隊(duì)列里中拿走一半的G到自己的隊(duì)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(yùn)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(yùn)行另外一個goroutine：

用戶態(tài)阻塞/喚醒

當(dāng)goroutine因?yàn)閏hannel操作或者network I/O而阻塞時（實(shí)際上golang已經(jīng)用netpoller實(shí)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(duì)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(yùn)行的G供M運(yùn)行，那么M將解綁P，并進(jìn)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(biāo)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(duì)列和全局隊(duì)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(duì)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(duì)列中。

隊(duì)列輪轉(zhuǎn)

可見每個P維護(hù)著一個包含G的隊(duì)列，不考慮G進(jìn)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(duì)列尾部，然后從隊(duì)列中重新取出一個G進(jìn)行調(diào)度。

除了每個P維護(hù)的G隊(duì)列以外，還有一個全局的隊(duì)列，每個P會周期性地查看全局隊(duì)列中是否有G待運(yùn)行并將其調(diào)度到M中執(zhí)行，全局隊(duì)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(duì)列，也是為了防止全局隊(duì)列中的G被餓死。

除了每個P維護(hù)的G隊(duì)列以外，還有一個全局的隊(duì)列，每個P會周期性地查看全局隊(duì)列中是否有G待運(yùn)行并將其調(diào)度到M中執(zhí)行，全局隊(duì)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(duì)列，也是為了防止全局隊(duì)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(shí)例會在全局變量rutime.m0中，不需要在heap上分配，M0負(fù)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(fù)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?？臻g，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(yùn)行了。

我這里只是根據(jù)自己的理解進(jìn)行了簡單的介紹，想要詳細(xì)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(jì)者的文檔或直接看源碼

參考： ()

()

怎么用C語言初始化一個鏈表啊~

所謂初始化鏈表就是把鏈表的數(shù)據(jù)置空，也就是所有的數(shù)據(jù)，指針都為null

舉個單鏈表的例子

該算法的結(jié)果將單鏈表head置為空表，只需要將頭節(jié)點(diǎn)的指針置為null即可。算法實(shí)現(xiàn)如下

void

setnull(struct

Lnode

*head)

{

head-next=NULL;

}

雙鏈表和循環(huán)鏈表依次類推·

go語言循環(huán)隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)

隊(duì)列的概念在 順序隊(duì)列 中，而使用循環(huán)隊(duì)列的目的主要是規(guī)避假溢出造成的空間浪費(fèi)，在使用循環(huán)隊(duì)列處理假溢出時，主要有三種解決方案

本文提供后兩種解決方案。

順序隊(duì)和循環(huán)隊(duì)列是一種特殊的線性表，與順序棧類似，都是使用一組地址連續(xù)的存儲單元依次存放自隊(duì)頭到隊(duì)尾的數(shù)據(jù)元素，同時附設(shè)隊(duì)頭(front)和隊(duì)尾(rear)兩個指針，但我們要明白一點(diǎn)，這個指針并不是指針變量，而是用來表示數(shù)組當(dāng)中元素下標(biāo)的位置。

本文使用切片來完成的循環(huán)隊(duì)列，由于一開始使用三個參數(shù)的make關(guān)鍵字創(chuàng)建切片，在輸出的結(jié)果中不包含nil值(看起來很舒服)，而且在驗(yàn)證的過程中發(fā)現(xiàn)使用append()函數(shù)時切片內(nèi)置的cap會發(fā)生變化，在消除了種種障礙后得到了一個四不像的循環(huán)隊(duì)列，即設(shè)置的指針是順序隊(duì)列的指針，但實(shí)際上進(jìn)行的操作是順序隊(duì)列的操作。最后是對make()函數(shù)和append()函數(shù)的一些使用體驗(yàn)和小結(jié)，隊(duì)列的應(yīng)用放在鏈隊(duì)好了。

官方描述(片段)

即切片是一個抽象層，底層是對數(shù)組的引用。

當(dāng)我們使用

構(gòu)建出來的切片的每個位置的值都被賦為interface類型的初始值nil，但是nil值也是有大小的。

而使用

來進(jìn)行初始化時，雖然生成的切片中不包含nil值，但是無法通過設(shè)置的指針變量來完成入隊(duì)和出隊(duì)的操作，只能使用append()函數(shù)來進(jìn)行操作

在go語言中，切片是一片連續(xù)的內(nèi)存空間加上長度與容量的標(biāo)識，比數(shù)組更為常用。使用 append 關(guān)鍵字向切片中追加元素也是常見的切片操作

正是基于此，在使用go語言完成循環(huán)隊(duì)列時，首先想到的就是使用make(type, len, cap)關(guān)鍵字方式完成切片初始化，然后使用append()函數(shù)來操作該切片，但這一方式出現(xiàn)了很多問題。在使用append()函數(shù)時，切片的cap可能會發(fā)生變化，用不好就會發(fā)生擴(kuò)容或收縮。最終造成的結(jié)果是一個四不像的結(jié)果，入隊(duì)和出隊(duì)操作變得與指針變量無關(guān)，失去了作為循環(huán)隊(duì)列的意義，用在順序隊(duì)列還算合適。

參考博客：

Go語言中的Nil

Golang之nil

Go 語言設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鏈表初始化的問題，指針問題。

最近學(xué)習(xí)鏈表?xiàng)ｊ?duì)列時候，發(fā)現(xiàn)邏輯上來說這幾個問題是很容易就搞明白的，但是具體實(shí)現(xiàn)尤其是用C語言實(shí)現(xiàn)，這個指針參數(shù)的傳入，有很大的問題，還牽扯到malloc函數(shù)的調(diào)用的用法，我來一一總結(jié)一下。

關(guān)于棧鏈初始化，我們一般來說用以下方法。

typedef struct SNode *Stack;

typedef struct SNode{

ElementType Data;

Stack Next;

};

Stack InitStack(){

Stack S = (Stack)malloc(sizeof(struct SNode));

S-Next=NULL;

return S;

}

我們先定義了一個SNode的結(jié)構(gòu)體，是節(jié)點(diǎn)，然后我們定義了Stack 是一個指針變量指向了SNode,實(shí)際上它就是鏈表的最開始的頭指針，然后我們進(jìn)行初始化，定義頭節(jié)點(diǎn)指針為S，這時候我們注意，Stack是一個指針型變量，指向的是結(jié)構(gòu)體，因此，malloc分配函數(shù)直接進(jìn)行強(qiáng)制轉(zhuǎn)化 左邊括號就是Stack, 轉(zhuǎn)化成了一種指針類型，我們順便復(fù)習(xí)一下malloc的用法，malloc函數(shù)分配就是動態(tài)的分配內(nèi)存，右邊括號是計(jì)算出需要用的字節(jié)數(shù)，也即是我們申請存放變量的類型字節(jié)數(shù)，前面的括號里的即是要轉(zhuǎn)化成的指針類型，是屬于一種強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)化。最后我們定義S的下一個節(jié)點(diǎn)是空，這樣就可以完成初始化了形成一個空棧。

值得一提的是，malloc申請分配完的內(nèi)存在使用完畢后需要free，將其釋放。

再例如以下初始化。

typedef struct Node

{ ? ?

StackElementType data;

struct node *next;

} LinkStackNode;

typedef LinkStackNode *LinkStack;

void initStack(LinkStack *L)

{ ? ?

*L=(LinkStack)malloc(sizeof(Node))

? (*L)-next=NULL; ?

}

這種初始化和上面那種初始化實(shí)際上是一樣的，雖然看起來有較大差異，同樣的，我們定義了一個Node節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)體，然后LinkStack是一個指向結(jié)構(gòu)體的指針，我們初始化的參數(shù)是一個指向指針的指針L，因此在初始化過程中我們用的是*L，這里的*L是指向頭節(jié)點(diǎn)的指針變量也即使前一種方法里面的Stack。

我們一定要分清楚，前者是不用二重指針的，因?yàn)樗辛朔祷刂?，而后者需要用二重指針，原因就在于我們需要改變一重指針的下一個節(jié)點(diǎn)，也就是改變一重指針的內(nèi)容，因此我們需要用到指向該一重指針的指針，也就是二重指針，聽起來很難理解，但是實(shí)際上我們可以把一重指針想象成一個普通變量，我們要在函數(shù)里修改該變量并且將其返回主函數(shù)，要么是有返回值，要不然就是傳入該變量的地址，通過該地址來改變，也即使傳入該變量的指針，這么說想必大家就明白了這兩種方法的區(qū)別。鏈表初始化的問題也就搞明白了，鏈表初始化的目的就是我們要新建一個頭指針，讓其指向?yàn)榭铡?/p>
本文標(biāo)題：go語言初始化循環(huán)鏈表,go語言循環(huán)語句
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