Golang的协程调度

调度的基础，模型关系的映射

GPM模型：

• G，Goroutinue
  • 被调度器管理的轻量级线程，goroutine使用go关键字创建
  • 调度系统的最基本单位goroutine，存储了goroutine的执行stack信息、goroutine状态以及goroutine的任务函数等。默认的大小是2KB，根据需要逐步上涨。
  • G绑定到P上执行
• P，Processor
  • 逻辑执行单元
  • 存储了M执行的上下文，包括各种G对象队列、链表、cache和状态
  • G存在于P中的特定链表上，同一时刻，P只能在一个M上，因此不需要锁
• M，Machine
  • 操作系统的实际的线程
  • OS的执行的单位，Linux下的大小是8MB
  • M绑定执行的P，但是不保存P的状态，因此P可以跨M执行

整体的调度关系

每个M都有一个P，绿色的G表示当前M上运行的G，灰色的表示local G queue

从上图理解出，P是G实际的运行绑定的单位，因此P的数量决定了可以并发的G数量；又因为P最终是绑定到M上的，因此M的数量决定了最终的并行的数量。在Golang中，P的数量由runtime.GOMAXPROCS来控制，M取决于硬件，默认情况下，等于OS的线程数量。

P的队列空了之后，不会一直闲置，而是会从其它P中或者全局G queue中，如下图：

关于Global G Queue和每个P的Local G Queue产生方式：
go关键字生成一个G，之后G会尝试放入当前的P的Local G Queue中，如果失败了，就放入Global G Queue。

如果G发生阻塞，则会尝试寻找新的G来运行，阻塞的G返回后重新加入G Queue中。

P在轮询查找G的时候，每隔61次从Global G Queue中查找，保证Global也可以执行。当一个G执行超过10ms时，schedule会有对应的抢占机制。

一些底层知识

线程切换与协程切换的区别。LTS（Local Thread Storage）存储了线程执行需要的堆栈信息，寄存器的数据等，之后线程会load 程序并执行。对于执行中的进程，在对应的地址其实位置，同样会启动线程，此时OS会分配对应的内存空间，并启动执行。Linux系统中，1个线程是启动的大小8MB，而且启动和上下文切换会消耗对应的时间。

协程的特点，协程不是OS级别的，因此协程的功能是程序内部调度的。OS感觉不到协程的存在，因为OS根本就没有协程的概念！！！

Golang为协程的代码段，在堆上分配初始化的2KB的空间，之后进入之前提到的调度流程。一般来说，Golang使用了线程复用的方式，即启动线程的时候，在上面有协程运行，协程停止或者阻塞的时候，不会主动停止线程，而是更改线程的FS寄存器的值到对应的协程代码段上，然后此时线程执行的位置就是新的协程的代码位置了，此时协程切换的代价是改变线程执行的位置，然后执行新的协程，因此代价很小。

这边可能要后期更正，FS寄存器那边的概念不是特别清楚

具体调度方案

给出整体的调度状态切换图：

sysmon：抢占式调度系统，对于执行时间超过10ms的G，会更正为可抢占的，其他协程可以抢占该G的执行，防止被一个G一直占用。

以下几种情况会导致Goroutinue阻塞，进而让出P，使得P与其它G绑定，高效利用CPU：

• syscall：系统调用，比如读写长文本等
• Network IO：网络传输数据等
• channel获取不到数据
• sync包的调用

参考资料：

• https://zboya.github.io/post/go_scheduler/
• https://blog.csdn.net/u010853261/article/details/84790392#Section1_Scheduler_9
• http://www.sizeofvoid.net/goroutine-under-the-hood/