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一文详解Golang协程调度器scheduler

2024-04-02 19:55

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1. 调度器scheduler的作用

我们都知道,在Go语言中,程序运行的最小单元是gorouines。

然而程序的运行最终都是要交给操作系统来执行的,以Java为例,Java中的一个线程对应的就是操作系统中的线程,以此来实现在操作系统中的运行。在Go中,gorouines比线程更轻量级,其与操作系统的线程也不是一一对应的关系,然而,最终我们想要执行程序,还是要借助操作系统的线程来完成,调度器scheduler的工作就是完成gorouines到操作系统线程的调度。

2. GMP模型

当我们运行go fun(){}时,会生成一个g,优先放置在创建他的p的本地队列中,如果本地队列已满,那么会放置在全局队列中。

g的运行需要借助p与m,p是执行器,只有获得p的g才能执行,p的执行需要挂在m上,m对应的是操作系统中的线程,p的数量与CPU的核数相同。

goroutine运行所需要的上下文信息都是存放在g的数据结构当中的,所以g可以依靠任意的p或者m执行,而对于操作系统而言,其并不能看到p与g的调度过程,这些过程对于操作系统线程来说都是连续的,所以省去了线程上下文切换的开销。

g的数据结构如下所示:

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

    m            *m      // 执行当前g的m
    sched        gobuf   // 保存了g的现场,goroutine切换时通过它来恢复
    atomicstatus uint32  // g的状态Gidle,Grunnable,Grunning,Gsyscall,Gwaiting,Gdead
    goid         int64
    schedlink    guintptr // 下一个g, g链表

    preempt       bool //抢占标记

    lockedm        muintptr // 锁定的M,g中断恢复指定M执行
    gopc           uintptr  // 创建该goroutine的指令地址
    startpc        uintptr  // goroutine 函数的指令地址
}

p的数据结构如下所示:

type p struct {
    id          int32
    status      uint32 // 状态
    link        puintptr // 下一个P, P链表
    m           muintptr // 拥有这个P的M
    mcache      *mcache  

    // P本地runnable状态的G队列
    runqhead uint32
    runqtail uint32
    runq     [256]guintptr
    
    runnext guintptr // 一个比runq优先级更高的runnable G

    // 状态为dead的G链表,在获取G时会从这里面获取
    gFree struct {
        gList
        n int32
    }

    gcBgMarkWorker       guintptr // (atomic)
    gcw gcWork

}

m的数据结构如下所示:

type m struct {
    g0      *g     // g0, 每个M都有自己独有的g0

    curg          *g       // 当前正在运行的g
    p             puintptr // 当前用于的p
    nextp         puintptr // 当m被唤醒时,首先拥有这个p
    id            int64
    spinning      bool // 是否处于自旋

    park          note
    alllink       *m // on allm
    schedlink     muintptr // 下一个m, m链表
    mcache        *mcache  // 内存分配
    lockedg       guintptr // 和 G 的lockedm对应
    freelink      *m // on sched.freem

} 

通过gmp模型,我们能解决gorouines到操作系统线程的映射问题,gorouines之间的切换是在用户态完成的,在操作系统的视角来看,线程的上下文切换并不频繁,因此就少了很多陷入内核的过程,所以有更好的并发效果。

3. 调度机制

1)work stealing机制

当一个p上的g执行完之后,他会尝试从其他的p队列中窃取g来执行,以减少操作系统线程的切换动作。

2)hand off机制

这个是针对m来说的,有的时候m可能因为g的信号调用而被操作系统阻塞,这个时候p就会挂载去另一个m继续执行可以执行的g,当阻塞的m就绪之后,会给p发信号,召唤他回来继续进行后续操作。

到此这篇关于一文详解Golang协程调度器scheduler的文章就介绍到这了,更多相关Golang scheduler内容请搜索编程网以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持编程网!

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