Go程序的啟動(dòng)流程是什么

這篇文章主要講解了“Go程序的啟動(dòng)流程是什么”，文中的講解內(nèi)容簡(jiǎn)單清晰，易于學(xué)習(xí)與理解，下面請(qǐng)大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學(xué)習(xí)“Go程序的啟動(dòng)流程是什么”吧！

Go 引導(dǎo)階段

查找入口

首先編譯上文提到的示例程序：

$ GOFLAGS="-ldflags=-compressdwarf=false" go build

在命令中指定了 GOFLAGS 參數(shù)，這是因?yàn)樵?Go1.11 起，為了減少二進(jìn)制文件大小，調(diào)試信息會(huì)被壓縮。導(dǎo)致在 MacOS 上使用 gdb  時(shí)無法理解壓縮的 DWARF 的含義是什么(而我恰恰就是用的 MacOS)。

因此需要在本次調(diào)試中將其關(guān)閉，再使用 gdb 進(jìn)行調(diào)試，以此達(dá)到觀察的目的：

$ gdb awesomeProject  (gdb) info files Symbols from "/Users/eddycjy/go-application/awesomeProject/awesomeProject". Local exec file:  `/Users/eddycjy/go-application/awesomeProject/awesomeProject', file type mach-o-x86-64.  Entry point: 0x1063c80  0x0000000001001000 - 0x00000000010a6aca is .text  ... (gdb) b *0x1063c80 Breakpoint 1 at 0x1063c80: file /usr/local/Cellar/go/1.15/libexec/src/runtime/rt0_darwin_amd64.s, line 8.

通過 Entry point 的調(diào)試，可看到真正的程序入口在 runtime 包中，不同的計(jì)算機(jī)架構(gòu)指向不同。例如：

• MacOS 在 src/runtime/rt0_darwin_amd64.s。

• Linux 在 src/runtime/rt0_linux_amd64.s。

其最終指向了 rt0_darwin_amd64.s 文件，這個(gè)文件名稱非常的直觀：

Breakpoint 1 at 0x1063c80: file  /usr/local/Cellar/go/1.15/libexec/src/runtime/rt0_darwin_amd64.s, line 8.

rt0 代表 runtime0 的縮寫，指代運(yùn)行時(shí)的創(chuàng)世，超級(jí)奶爸：

• darwin 代表目標(biāo)操作系統(tǒng)(GOOS)。

• amd64 代表目標(biāo)操作系統(tǒng)架構(gòu)(GOHOSTARCH)。

同時(shí) Go 語言還支持更多的目標(biāo)系統(tǒng)架構(gòu)，例如：AMD64、AMR、MIPS、WASM 等：

源碼目錄

若有興趣可到 src/runtime 目錄下進(jìn)一步查看，這里就不一一介紹了。

入口方法

在 rt0_linux_amd64.s 文件中，可發(fā)現(xiàn) _rt0_amd64_darwin JMP 跳轉(zhuǎn)到了 _rt0_amd64 方法：

TEXT _rt0_amd64_darwin(SB),NOSPLIT,$-8  JMP _rt0_amd64(SB) ...

緊接著又跳轉(zhuǎn)到 runtime·rt0_go 方法：

TEXT _rt0_amd64(SB),NOSPLIT,$-8  MOVQ 0(SP), DI // argc  LEAQ 8(SP), SI // argv  JMP runtime·rt0_go(SB)

該方法將程序輸入的 argc 和 argv 從內(nèi)存移動(dòng)到寄存器中。

棧指針(SP)的前兩個(gè)值分別是 argc 和 argv，其對(duì)應(yīng)參數(shù)的數(shù)量和具體各參數(shù)的值。

開啟主線

程序參數(shù)準(zhǔn)備就緒后，正式初始化的方法落在 runtime·rt0_go 方法中：

TEXT runtime·rt0_go(SB),NOSPLIT,$0  ...  CALL runtime·check(SB)  MOVL 16(SP), AX  // copy argc  MOVL AX, 0(SP)  MOVQ 24(SP), AX  // copy argv  MOVQ AX, 8(SP)  CALL runtime·args(SB)  CALL runtime·osinit(SB)  CALL runtime·schedinit(SB)   // create a new goroutine to start program  MOVQ $runtime·mainPC(SB), AX  // entry  PUSHQ AX  PUSHQ $0   // arg size  CALL runtime·newproc(SB)  POPQ AX  POPQ AX   // start this M  CALL runtime·mstart(SB)  ...

• runtime.check：運(yùn)行時(shí)類型檢查，主要是校驗(yàn)編譯器的翻譯工作是否正確，是否有 “坑”?；敬a均為檢查 int8 在 unsafe.Sizeof  方法下是否等于 1 這類動(dòng)作。

• runtime.args：系統(tǒng)參數(shù)傳遞，主要是將系統(tǒng)參數(shù)轉(zhuǎn)換傳遞給程序使用。

• runtime.osinit：系統(tǒng)基本參數(shù)設(shè)置，主要是獲取 CPU 核心數(shù)和內(nèi)存物理頁大小。

• runtime.schedinit：進(jìn)行各種運(yùn)行時(shí)組件的初始化，包含調(diào)度器、內(nèi)存分配器、堆、棧、GC 等一大堆初始化工作。會(huì)進(jìn)行 p 的初始化，并將 m0  和某一個(gè) p 進(jìn)行綁定。

• runtime.main：主要工作是運(yùn)行 main goroutine，雖然在runtime·rt0_go  中指向的是$runtime·mainPC，但實(shí)質(zhì)指向的是 runtime.main。

• runtime.newproc：創(chuàng)建一個(gè)新的 goroutine，且綁定 runtime.main 方法(也就是應(yīng)用程序中的入口 main  方法)。并將其放入 m0 綁定的p的本地隊(duì)列中去，以便后續(xù)調(diào)度。

• runtime.mstart：?jiǎn)?dòng) m，調(diào)度器開始進(jìn)行循環(huán)調(diào)度。

• 在 runtime·rt0_go 方法中，其主要是完成各類運(yùn)行時(shí)的檢查，系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和獲取，并進(jìn)行大量的 Go 基礎(chǔ)組件初始化。

初始化完畢后進(jìn)行主協(xié)程(main goroutine)的運(yùn)行，并放入等待隊(duì)列(GMP 模型)，最后調(diào)度器開始進(jìn)行循環(huán)調(diào)度。

小結(jié)

根據(jù)上述源碼剖析，可以得出如下 Go 應(yīng)用程序引導(dǎo)的流程圖：

Go 程序引導(dǎo)過程

在 Go 語言中，實(shí)際的運(yùn)行入口并不是用戶日常所寫的 main func，更不是 runtime.main 方法，而是從 rt0_*_amd64.s  開始，最終再一路 JMP 到 runtime·rt0_go 里去，再在該方法里完成一系列 Go 自身所需要完成的絕大部分初始化動(dòng)作。

其中整體包括：

• 運(yùn)行時(shí)類型檢查、系統(tǒng)參數(shù)傳遞、CPU 核數(shù)獲取及設(shè)置、運(yùn)行時(shí)組件的初始化(調(diào)度器、內(nèi)存分配器、堆、棧、GC 等)。

• 運(yùn)行 main goroutine。

• 運(yùn)行相應(yīng)的 GMP 等大量缺省行為。

• 涉及到調(diào)度器相關(guān)的大量知識(shí)。

后續(xù)將會(huì)繼續(xù)剖析將進(jìn)一步剖析 runtime·rt0_go 里的愛與恨，尤其像是 runtime.main、runtime.schedinit  等調(diào)度方法，都有非常大的學(xué)習(xí)價(jià)值，有興趣的小伙伴可以持續(xù)關(guān)注。

Go 調(diào)度器初始化

知道了 Go 程序是怎么引導(dǎo)起來的之后，我們需要了解 Go Runtime 中調(diào)度器是怎么流轉(zhuǎn)的。

runtime.mstart

這里主要關(guān)注 runtime.mstart 方法：

func mstart() {  // 獲取 g0  _g_ := getg()   // 確定棧邊界  osStack := _g_.stack.lo == 0  if osStack {   size := _g_.stack.hi   if size == 0 {    size = 8192 * sys.StackGuardMultiplier   }   _g_.stack.hi = uintptr(noescape(unsafe.Pointer(&size)))   _g_.stack.lo = _g_.stack.hi - size + 1024  }  _g_.stackguard0 = _g_.stack.lo + _StackGuard  _g_.stackguard1 = _g_.stackguard0      // 啟動(dòng) m，進(jìn)行調(diào)度器循環(huán)調(diào)度  mstart1()   // 退出線程  if mStackIsSystemAllocated() {   osStack = true  }  mexit(osStack) }

• 調(diào)用 getg 方法獲取 GMP 模型中的 g，此處獲取的是 g0。

• 通過檢查 g 的執(zhí)行棧 _g_.stack 的邊界(堆棧的邊界正好是 lo, hi)來確定是否為系統(tǒng)棧。若是，則根據(jù)系統(tǒng)棧初始化 g  執(zhí)行棧的邊界。

• 調(diào)用 mstart1 方法啟動(dòng)系統(tǒng)線程 m，進(jìn)行調(diào)度器循環(huán)調(diào)度。

• 調(diào)用 mexit 方法退出系統(tǒng)線程 m。

runtime.mstart1

這么看來其實(shí)質(zhì)邏輯在 mstart1 方法，我們繼續(xù)往下剖析：

func mstart1() {  // 獲取 g，并判斷是否為 g0  _g_ := getg()  if _g_ != _g_.m.g0 {   throw("bad runtime·mstart")  }   // 初始化 m 并記錄調(diào)用方 pc、sp  save(getcallerpc(), getcallersp())  asminit()  minit()   // 設(shè)置信號(hào) handler  if _g_.m == &m0 {   mstartm0()  }  // 運(yùn)行啟動(dòng)函數(shù)  if fn := _g_.m.mstartfn; fn != nil {   fn()  }   if _g_.m != &m0 {   acquirep(_g_.m.nextp.ptr())   _g_.m.nextp = 0  }  schedule() }

• 調(diào)用 getg 方法獲取 g。并且通過前面綁定的 _g_.m.g0 判斷所獲取的 g 是否 g0。若不是，則直接拋出致命錯(cuò)誤。因?yàn)檎{(diào)度器僅在 g0  上運(yùn)行。

• 調(diào)用 minit 方法初始化 m，并記錄調(diào)用方的 PC、SP，便于后續(xù) schedule 階段時(shí)的復(fù)用。

• 若確定當(dāng)前的 g 所綁定的 m 是 m0，則調(diào)用 mstartm0 方法，設(shè)置信號(hào) handler。該動(dòng)作必須在 minit 方法之后，這樣 minit  方法可以提前準(zhǔn)備好線程，以便能夠處理信號(hào)。

• 若當(dāng)前 g 所綁定的 m 有啟動(dòng)函數(shù)，則運(yùn)行。否則跳過。

• 若當(dāng)前 g 所綁定的 m 不是 m0，則需要調(diào)用 acquirep 方法獲取并綁定 p，也就是 m 與 p 綁定。

• 調(diào)用 schedule 方法進(jìn)行正式調(diào)度。

忙活了一大圈，終于進(jìn)入到開題的主菜了，原來潛伏的很深的 schedule 方法才是真正做調(diào)度的方法，其他都是前置處理和準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。

由于篇幅問題，schedule 方法會(huì)放到下篇再繼續(xù)剖析，我們先聚焦本篇的一些細(xì)節(jié)點(diǎn)。

問題深剖

不過到這里篇幅也已經(jīng)比較長了，積累了不少問題。我們針對(duì)在 Runtime 中出鏡率最高的兩個(gè)元素進(jìn)行剖析：

1. 鴻蒙官方戰(zhàn)略合作共建——HarmonyOS技術(shù)社區(qū)

2. m0 是什么，作用是?

3. g0 是什么，作用是?

m0

m0 是 Go Runtime 所創(chuàng)建的第一個(gè)系統(tǒng)線程，一個(gè) Go 進(jìn)程只有一個(gè) m0，也叫主線程。

從多個(gè)方面來看：

• 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：m0 和其他創(chuàng)建的 m 沒有任何區(qū)別。

• 創(chuàng)建過程：m0 是進(jìn)程在啟動(dòng)時(shí)應(yīng)該匯編直接復(fù)制給 m0 的，其他后續(xù)的 m 則都是 Go Runtime 內(nèi)自行創(chuàng)建的。

• 變量聲明：m0 和常規(guī) m 一樣，m0 的定義就是 var m0 m，沒什么特別之處。

g0

• g 一般分為三種，分別是：

• 執(zhí)行用戶任務(wù)的叫做 g。

• 執(zhí)行 runtime.main 的 main goroutine。

執(zhí)行調(diào)度任務(wù)的叫 g0。。

g0 比較特殊，每一個(gè) m 都只有一個(gè) g0(僅此只有一個(gè) g0)，且每個(gè) m 都只會(huì)綁定一個(gè) g0。在 g0  的賦值上也是通過匯編賦值的，其余后續(xù)所創(chuàng)建的都是常規(guī)的 g。

從多個(gè)方面來看：

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：g0 和其他創(chuàng)建的 g 在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上是一樣的，但是存在棧的差別。在 g0 上的棧分配的是系統(tǒng)棧，在 Linux 上棧大小默認(rèn)固定  8MB，不能擴(kuò)縮容。而常規(guī)的 g 起始只有 2KB，可擴(kuò)容。

運(yùn)行狀態(tài)：g0 和常規(guī)的 g 不一樣，沒有那么多種運(yùn)行狀態(tài)，也不會(huì)被調(diào)度程序搶占，調(diào)度本身就是在 g0 上運(yùn)行的。

變量聲明：g0 和常規(guī) g，g0 的定義就是 var g0 g，沒什么特別之處。

感謝各位的閱讀，以上就是“Go程序的啟動(dòng)流程是什么”的內(nèi)容了，經(jīng)過本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對(duì)Go程序的啟動(dòng)流程是什么這一問題有了更深刻的體會(huì)，具體使用情況還需要大家實(shí)踐驗(yàn)證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的文章，歡迎關(guān)注！