Goland協(xié)程調(diào)度器scheduler如何實(shí)現(xiàn)

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1. 調(diào)度器scheduler的作用

我們都知道，在Go語言中，程序運(yùn)行的最小單元是gorouines。

然而程序的運(yùn)行最終都是要交給操作系統(tǒng)來執(zhí)行的，以Java為例，Java中的一個線程對應(yīng)的就是操作系統(tǒng)中的線程，以此來實(shí)現(xiàn)在操作系統(tǒng)中的運(yùn)行。在Go中，gorouines比線程更輕量級，其與操作系統(tǒng)的線程也不是一一對應(yīng)的關(guān)系，然而，最終我們想要執(zhí)行程序，還是要借助操作系統(tǒng)的線程來完成，調(diào)度器scheduler的工作就是完成gorouines到操作系統(tǒng)線程的調(diào)度。

2. GMP模型

當(dāng)我們運(yùn)行go fun(){}時，會生成一個g，優(yōu)先放置在創(chuàng)建他的p的本地隊(duì)列中，如果本地隊(duì)列已滿，那么會放置在全局隊(duì)列中。

g的運(yùn)行需要借助p與m，p是執(zhí)行器，只有獲得p的g才能執(zhí)行，p的執(zhí)行需要掛在m上，m對應(yīng)的是操作系統(tǒng)中的線程，p的數(shù)量與CPU的核數(shù)相同。

goroutine運(yùn)行所需要的上下文信息都是存放在g的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)當(dāng)中的，所以g可以依靠任意的p或者m執(zhí)行，而對于操作系統(tǒng)而言，其并不能看到p與g的調(diào)度過程，這些過程對于操作系統(tǒng)線程來說都是連續(xù)的，所以省去了線程上下文切換的開銷。

g的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下所示：

type g struct {
    stack       stack   // g自己的棧

    m            *m      // 執(zhí)行當(dāng)前g的m
    sched        gobuf   // 保存了g的現(xiàn)場，goroutine切換時通過它來恢復(fù)
    atomicstatus uint32  // g的狀態(tài)Gidle,Grunnable,Grunning,Gsyscall,Gwaiting,Gdead
    goid         int64
    schedlink    guintptr // 下一個g, g鏈表

    preempt       bool //搶占標(biāo)記

    lockedm        muintptr // 鎖定的M,g中斷恢復(fù)指定M執(zhí)行
    gopc           uintptr  // 創(chuàng)建該goroutine的指令地址
    startpc        uintptr  // goroutine 函數(shù)的指令地址
}

p的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下所示：

type p struct {
    id          int32
    status      uint32 // 狀態(tài)
    link        puintptr // 下一個P, P鏈表
    m           muintptr // 擁有這個P的M
    mcache      *mcache  

    // P本地runnable狀態(tài)的G隊(duì)列
    runqhead uint32
    runqtail uint32
    runq     [256]guintptr
    
    runnext guintptr // 一個比runq優(yōu)先級更高的runnable G

    // 狀態(tài)為dead的G鏈表，在獲取G時會從這里面獲取
    gFree struct {
        gList
        n int32
    }

    gcBgMarkWorker       guintptr // (atomic)
    gcw gcWork

}

m的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下所示：

type m struct {
    g0      *g     // g0, 每個M都有自己獨(dú)有的g0

    curg          *g       // 當(dāng)前正在運(yùn)行的g
    p             puintptr // 當(dāng)前用于的p
    nextp         puintptr // 當(dāng)m被喚醒時，首先擁有這個p
    id            int64
    spinning      bool // 是否處于自旋

    park          note
    alllink       *m // on allm
    schedlink     muintptr // 下一個m, m鏈表
    mcache        *mcache  // 內(nèi)存分配
    lockedg       guintptr // 和 G 的lockedm對應(yīng)
    freelink      *m // on sched.freem

}

通過gmp模型，我們能解決gorouines到操作系統(tǒng)線程的映射問題，gorouines之間的切換是在用戶態(tài)完成的，在操作系統(tǒng)的視角來看，線程的上下文切換并不頻繁，因此就少了很多陷入內(nèi)核的過程，所以有更好的并發(fā)效果。

3. 調(diào)度機(jī)制

1）work stealing機(jī)制

當(dāng)一個p上的g執(zhí)行完之后，他會嘗試從其他的p隊(duì)列中竊取g來執(zhí)行，以減少操作系統(tǒng)線程的切換動作。

2）hand off機(jī)制

這個是針對m來說的，有的時候m可能因?yàn)間的信號調(diào)用而被操作系統(tǒng)阻塞，這個時候p就會掛載去另一個m繼續(xù)執(zhí)行可以執(zhí)行的g，當(dāng)阻塞的m就緒之后，會給p發(fā)信號，召喚他回來繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)操作。

到此，相信大家對“Goland協(xié)程調(diào)度器scheduler如何實(shí)現(xiàn)”有了更深的了解，不妨來實(shí)際操作一番吧！這里是億速云網(wǎng)站，更多相關(guān)內(nèi)容可以進(jìn)入相關(guān)頻道進(jìn)行查詢，關(guān)注我們，繼續(xù)學(xué)習(xí)！