golang中GPM模型原理与调度器设计策略

一、GMP模型原理first:

1. 全局队列:存放待运行的G
2. P的本地队列:同全局队列类似,存放待运行的G,存储的数量有限:256个,
当创建新的G‘时,G’优先加入到P的本地队列,如果队列已满,会把P本地队列中一半的G移动到全局队列
3. M线程:M运行G需要先获取P,然后从P本地队列中取G运行,如果P本地队列为空,M会把全局队列中一批G移动到P本地队列
或去其它P队列中偷一半G到P本地队列,M运行G,G执行完后,M会从P获取下一个G,不断重复执行
4. P列表:所有的P都在程序启动时创建,并保存在数组中,最多有GOMAXPROCS个

总结:goroutine调度器与OS线程调度器通过M结合起来,每一个M代表一个内核线程,OS调度器负责把内核线程分配到CPU上去执行

second:
有关 P 和 M 的数量问题
1. P 的数量:
由程序启动时环境变量 $GOMAXPROCS 或 runtime方法GOMAXPROCS()决定,
这意味着在程序执行的任意时刻都只有 $MAXPROCS个goroutine在执行
2. M 的数量
2.1 go 语言本身的限制,go 程序启动时会设置M的最大数量,默认10000,但是内核很难支持这么多的线程,
所以可以忽略,
2.1 runtime/debug中的SetMaxThreads函数,设置 M 的最大数量
2.3 当一个M阻塞了,会创建新的M
3. M和P的数量没有绝对关系,一个M阻塞,P就会创建或者切换其它的M,所以即使P的数量是1,也有可能创建出很多个M出来

three:
P 和 M 何时会被创建
1. P 何时创建:在确定了P的最大数量n后,runtime运行时系统会根据这个数量创建n个P
2. M 何时创建:没有足够的M来关联P并运行其中可运行的G;比如此时所有的M都阻塞住了,
但是P中还有很多就绪任务,此时就会去创建新的M

二、调度器设计策略
 

1. 复用线程:避免重复的创建、销毁线程,而是对线程的复用
work stealing机制:当本线程M无可运行的G时,会尝试从其它线程绑定的P中偷取G,而不是销毁线程
hand off机制:当本线程M因为G进行系统调用时阻塞,线程M释放绑定的P,交给其它空闲的线程M去执行
利用并行:GOMAXPROCS设置P的数量,最多有GOMAXPROCS个线程分布在多个CPU上运行,
GOMAXPROCS也限制了并发的程度,当设置 GOMAXPROCS = CPU核数/2 时,则最多利用了一半的CPU核进行并行

2. 抢占:在coroutine中要等待一个协程让出CPU才执行下一个协程,而在go中,一个goroutine最多占用CPU 10ms,
防止其它goroutine被饿死,这就是goroutine不同于其它coroutine的区别

3. 全局G队列,在新的调度器中依然有全局G队列,但是功能被弱化了,当M执行 work stealing 从其它P队列偷不到G时,
它可以从全局G队列获取G
三、go func 调度流程

1. 我们通过 go func() 来创建一个 goroutine
2. 有两个存储G的队列,一个是局部调度器P的本地队列,一个是全局G队列,新创建的G会先保存在P的本地队列中
如果P的本地队列已满就会保存在全局队列中
3. G只能运行在M中,一个M必须持有一个P,M与P的关系时1:1,M先绑定P然后从P队列中弹出一个可运行的G并执行,
如果P本地队列为空,M会向其它MP组合偷取一个可运行的G运行
4. 一个M调度G执行的过程是一个循环机制
5. 当一个M执行一个G时发生了syscall或其它阻塞操作,M会阻塞,如果当前有一些G待执行,runtime会把这个线程M
从P中摘除,让其它空余的M线程(如果没有就创建新的M线程)来服务于这个P
6. 当M系统调用结束的时候,这个G会尝试获取一个空闲的P,并放入到P的本地队列中取,如果获取不到P,
这个M线程变成休眠状态,加入到空闲线程中去,然后这个G会被放入到全局队列中

四、调度器的声明周期

M0: 是启动程序后编号为0的主线程,M0负责初始化操作和执行第一个G,在之后M0就和其它M一样了
G0: 是每次启动M都会第一个创建的goroutine,GO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,

总结:go调度器的本质:把大量的goroutine分配到少量的线程上去执行,并利用多核并行,实现更强大的并发

参考链接:https://www.topgoer.com/%E5%B9%B6%E5%8F%91%E7%BC%96%E7%A8%8B/GMP%E5%8E%9F%E7%90%86%E4%B8%8E%E8%B0%83%E5%BA%A6.html
posted @ 2021-11-11 11:21  专职  阅读(278)  评论(0编辑  收藏  举报