深入理解GMP模型

前言

此篇博文为总结，想要深入理解GMP原理点击下面博文
GolangGMP模型 GMP(一):HelloWorld程序的执行过程
 GolangGMP模型 GMP(二):goroutine的创建，运行与恢复
 GolangGMP模型 GMP(三):协程让出，抢占，监控与调度

源码剖析

数据段上重要的全局变量

m0: M0是启动程序后的编号为0的主线程，这个M对应的实例会在全局变量runtime.m0中，M0负责执⾏初始化操作和启动第⼀个G，在之后M0就和其他的M⼀样了。
g0: G0是每次启动⼀个M都会第⼀个创建的gourtine，G0仅⽤于负责调度的G，G0不指向任何可执⾏的函数,每个M都会有⼀个⾃⼰的G0。在调度或系统调⽤时会使⽤G0的栈空间, 全局变量的G0是M0的G0。
allgs: 记录所有的G
allm: 记录所有的M
allp: 记录所有的P
sched: sched是调度器，这里记录着所有空闲的m,空闲的p,全局队列runq等等

newproc创建协程G

go关键字创建协程，会被编译器转换为newproc函数调用。

newproc函数这里主要做的就是切换到g0栈去调用newproc1函数
newproc1创建一个新G
调用runqput把这个G放到P的本地队列中，如满则放全局队列
如果当前有空闲的p，而且没有处于spinning状态(线程自旋)的M，也就是说所有M都在忙，同时主协程以及开始执行了，那么就调用wakep函数，启动一个m并把它置为spinning状态。spinning状态的M启动后，忙不迭的执行调度循环寻找任务，从本地runq，到全局runq，再到其他p的runq，只为找到一个待执行的G。

runtime.gopark挂起G

timer,channel,IO等都会调用runtime.gopark()函数挂起G，让出CPU时间片（主动让出）

状态从_Grunning修改为_Gwaiting
调用mcall(park_m)，切换到g0，执行park_m,它主要负责保存当前协程的执行现场
park_m会根据g0找到当前M，把m.curg置为nil
调用schedult()寻找下一个待执行的G

runtime.goready唤醒G

切换到g0栈，并执行runtime.ready函数
把_Gwaiting修改为_Grunnable
放到当前P的本地队列，如满则放全局队列
同协程创建时一样，接下来也会检查是否有空闲的P，并且没有spinning状态的M，是的话也会调用wakep()函数启动新的M

sysmon监控线程

程序刚开始执行时，M0切换到main goroutine，执行入口是runtime.main,它会做很多事，包括创建监控线程，进行包初始化等等

监控线程是由main goroutine创建的，这个监控线程与GMP中的工作线程不同。并不需要依赖P，也不由GMP模型调度，它会重复执行一系列任务，只不过会视情况调整自己的休眠时间
监控线程检测到接下来有timer要执行时，不仅会按需调整休眠时间，还会在空不出M时创建新的工作线程，以保障timer可以顺利执行
获取就绪的IO时间需要主动轮询，所以为了降低IO延迟，需要时不时的那么轮询一下，也就是执行netpoll
强制执行GC
其实为了充分利用CPU，监控线程还会抢占处在系统调用中的P，因为一个协程要执行系统调用，就要切换到g0栈，在系统调用没执行完之前，这个M和这个G算是抱团了，不能被分开，也就用不到P，所以在陷入系统调用之前，当前M会让出P，解除m.p与当前p的强关联，只在m.oldp中记录这个p，P的数目毕竟有限，如果有其他协程在等待执行，那么放任P如此闲置就着实浪费了，还是把它关联到其他M继续工作比较划算，不过如果当前M从系统调用中恢复，会先检测之前的P是否被占用，没有的话就继续使用，否则就再去申请一个，没申请到的话，就把当前G放到全局runq中去，然后当前线程m就睡眠了。

本着公平调度的原则，对运行时间过长(阈值10ms)的G，实行”抢占“操作，两种方式通知G。

stackPreempt => 监控线程会插入stackpreempt标识，通过判断是否要栈增长的方式通知G让出CPU
asyncPreempt => stackPreempt抢占方式的缺陷，就是过于依赖栈增长代码，如果来个空的for循环，因为与栈增长无关，监控线程等也无法通过设置，这一问题在1.14版本中得到了解决，因为它实现了异步抢占。在Unix平台中，会向协程关联的M发送信号(sigPreempt),接下来目标线程会被信号中断，转去执行runtime.sighandler，在sighandler函数中检测到函数信号为sigPreempt后，就会调用runtime.doSigPreempt函数，它会向当前被打断的协程上下文中，注入一个异步抢占函数调用，处理完信号后sighandler返回，被中断的协程得以恢复，立刻执行被注入的异步抢占函数，该函数最终会调用runtime中的调度逻辑。

schedult调度

那让出了，抢占了之后，M也不能闲着，得找到下一个待执行的G来运行，这就是schedule()的职责了

schedul这里要给这个M找到一个待执行的G，首先要确定当前M是否和当前G绑定了，如果绑定了，那当前M就不能执行其他G，所以需要阻塞当前M，等到当前G再次得到调度执行时，自会把当前M唤醒。
如果没有绑定，就先看看GC是不是在等待执行
全局变量sched这里，有一个gcwaiting标识，如果GC在等待执行，就去执行GC，回来再继续执行调度程序
接下来还会检查一下有没有要执行的timer。调度程序还有一定几率会去全局runq中获取一部分G到本地runq中。

接着调用findrunnable函数
5. 也会判断是否要执行GC
6. 先尝试从本地runq中获取，没有的话就从全局runq获取一部分，如果还没有，就先尝试执行netpoll，恢复那些IO事件已经就绪了的G，它们会被放回到全局runq中，然后才会尝试从其他P那里steal一些G 。
7. 当调度程序终于获得一个待执行的G以后，还要看看人家有没有绑定的M，如果有的话还得乖乖的把G还给对应的M。而当前M就不得不再次进行调度了。
excute

如果没有绑定的M，就调用excute函数在当前M上执行这个G。excute函数这里会建立当前M和这个G的关联关系，并把G的状态从_Grunnable修改为_Grunning,如果不继承上一个执行中协程的时间片，就把P这里的调度计数加一，最后会调用gogo函数，从g.sched这里恢复协程栈指针，指令指针等，接着继续协程的执行。