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GMP模型简介

作者:互联网

G:表示goroutine,每个goroutine都有自己的栈空间,定时器,初始化的栈空间在2k左右,空间会随需求在增长。

M:抽象化代表内核线程,记录内核线程栈信息,当goroutine调度到线程是,使用该协程自己的栈信息。

P:代表调度器,负责调度协程,维护一个本地协程队列,M从P获得协程并执行,同时还负责部分内存的管理。

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1.全局队列:存放等待运行的G。

2.P的本地队列:同全局队列类似,存放的也是等待运行的G,存的数量有限,不超过256个。新建G的时候,G优先加入到P的本地队列,如果队列满了,则会把本地队列一半的G移动到全局队列。

3.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(可配置)个。

4.M:线程想运行任务就需要获得P,从P的本地队列获取G,P队列为空时,M会尝试从全局队列拿一批G放到P的本地队列,或从其他P的本地队列偷一半放到自己P的本地队列。M运行G,G执行之后,M会从P获取下一个G,不断重复。

协程调度器和OS调度器通过M结合起来,每个M都代表了一个内核线程,OS调度器负责把内核线程分配到CPU的核上执行。

P的数量:由启动时环境变量GOMAXPROCS或者runtime方法GOMAXPROCS()决定。意味着在程序执行的任意时刻都只有GOMAXPROCS个协程同时运行。

M的数量:go程序启动时,会设置M的最大数量,默认10000.但内核很难支持这么多的线程数,所以这限制可以忽略。一个M阻塞了,会创建新的M。

M和P的数量没有绝对关系,一个M阻塞,P就会去创建或者切换另一个M,所以即使默认数量是1,也可能会创建很多个M出来。

P创建:在确定了P的最大数量n后,运行时系统就会根据这个数量创建n个P。

M创建:没有足够的M来关联P并运行其中可运行的G。比如所有的M此时都阻塞了,而P中还有很多就绪任务,就会去寻找空闲的M,而没有空闲的,就会去创建新的M 。

调度器的设计策略

复用线程:避免频繁的创建、销毁线程,而是对线程的复用。

1)work stealing机制

​ 当本线程无可运行的G时,尝试从其他线程绑定的P偷取G,而不是销毁线程。

2)hand off机制

​ 当本线程因为G进行系统调用阻塞时,线程释放绑定的P,把P转移给其他空闲的线程执行。

利用并行GOMAXPROCS设置P的数量,最多有GOMAXPROCS个线程分布在多个CPU上同时运行。GOMAXPROCS也限制了并发的程度,比如GOMAXPROCS = 核数/2,则最多利用了一半的CPU核进行并行。

抢占:在coroutine中要等待一个协程主动让出CPU才执行下一个协程,在Go中,一个goroutine最多占用CPU 10ms,防止其他goroutine被饿死,这就是goroutine不同于coroutine的一个地方。

全局G队列:在新的调度器中依然有全局G队列,但功能已经被弱化了,当M执行work stealing从其他P偷不到G时,它可以从全局G队列获取G。

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从上图我们可以分析出几个结论:

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的本地队列已经满了就会保存在全局的队列中;

3、G只能运行在M中,一个M必须持有一个P,M与P是1:1的关系。M会从P的本地队列弹出一个可执行状态的G来执行,如果P的本地队列为空,就会想其他的MP组合偷取一个可执行的G来执行;

4、一个M调度G执行的过程是一个循环机制;

5、当M执行某一个G时候如果发生了syscall或则其余阻塞操作,M会阻塞,如果当前有一些G在执行,runtime会把这个线程M从P中摘除(detach),然后再创建一个新的操作系统的线程(如果有空闲的线程可用就复用空闲线程)来服务于这个P;

6、当M系统调用结束时候,这个M会尝试获取一个空闲的P执行,并把可运行的G放入到这个P的本地队列。如果获取不到P,那么这个线程M变成休眠状态, 加入到空闲线程中,然后这个G会被放入全局队列中。

调度器的生命周期

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GMP优点:

G的数量远远大于M的数量,可以说Go程序可以利用少量的内核级线程来支撑大量协程的并发M:N模型。多个协程通过用户级别的上下文切换来共享内核线程M的计算资源,但对于操作系统来说并没有线程上下文切换产生的性能损耗。

为了更充分利用线程的计算资源,Go调度器采用了以下几种调度策略:

任务窃取
为了提高 Go 并行处理能力,调高整体处理效率,当每个 P 之间的 G 任务不均衡时,调度器允许从 GRQ(全局运行队列),或者其他 P 的 LRQ (本地队列)中获取 G 执行。

减少阻塞

1.由于原子、互斥量或channel操作调用导致阻塞,调度器将把当前阻塞的 Goroutine 切换出去,重新调度 LRQ 上的其他 Goroutine

简单将Goroutine归纳为协程并不合适,因为它运行时会创建多个线程来执行并发任务,且任务单元可被调度到其它线程执行。这更像是多线程和协程的结合体,能最大限度提升执行效率,发挥多核处理器能力。

参考博文:
https://mp.weixin.qq.com/s/rfjysi-LB-uFiGiZjh-XNw

https://studygolang.com/articles/27934

https://www.jianshu.com/p/abe79d86ff27

标签:执行,协程,队列,简介,模型,调度,线程,本地,GMP
来源: https://www.cnblogs.com/hzpeng/p/15516121.html