【简洁版】Go语言GPM模型梳理

参考来源：30+张图讲解：Golang调度器GMP原理与调度全分析 (qq.com)

0. 前提知识

对比分析进程、线程与协程 (htmonster.xyz)

a.协程的M:N关系

为什么是M:N，而不是1:1或者N:1？

• N:1关系（一个内核线程thread 管理着多个用户协程co-routine）
  • 优点：切换开销小
  • 缺点：一个挂了就全挂了，一锅端
• 1:1 关系 （一个内核线程thread 管理着一个用户协程co-routine）
  • 缺点：创建、删除、切换开销大

b.Golang中的协程Goroutine

Goroutine其实就是Go语言中的协程。但是不同的是，Golang在语言层次，从runtime，系统调用等方面对协程进行了封装。

1. 相关定义

• G (Goroutine) 协程： 发布出去的任务，由go关键字创建 【携带任务】
• **P **(Processor) 处理器：调度G到M上，包含包含了gorountine的资源以及可运行的G的队列【分配任务】
• M (Machine thread) 内核线程：G要放在M上才能运行【寻找执行任务】

2. GMP模型

两个队列

• 全局队列（Global Queue）：存放等待运行的G
• **P的本地队列：**也是存放等待运行的G，但是数量有限（256）。

新创建的G’, 优先加入P的本地队列。若队列满了，会将本地队列中的一半移入到全局队列。

两个调度器

• Goroutine调度器：将G分配给M
• OS调度器： 将M分配到CPU上

两个数量

• P列表：程序启动时候创建，由a. 环境变量$GOMAXPROCS或者是由b.runtime的方法GOMAXPROCS()决定
• M列表： 程序运行时没有空闲M时候创建。由a. go程序启动时最大数量默认10000 b. runtime/debug中的SetMaxThreads函数设置 c. M阻塞了，会创建新的M决定。

3. Goroutine调度

Go调度本质是把大量的goroutine分配到少量线程上去执行，并利用多核并行，实现更强大的并发

2.1设计策略

a. 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: 线程中没有G时候，从别的绑定P中偷取G
2. hand off机制: 本线程阻塞时候，释放P给别的线程

b. 并行利用

最多有GOMAXPROCS个线程分布在多个CPU上同时运行

c. 抢占

在Go中，一个goroutine最多占用CPU 10ms

d. 全局队列

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。

2.2 go func() 调度过程

1. go func() 创建一个G
2. G加入到队列中
   1. 先尝试加入局部队列
   2. 局部队列满了会尝试加入全局队列
3. P从队列中获取G，M与G是1:1的关系
   1. M会从本地队列中取出一个可执行的G
   2. 入股本地队列为空，会从其它的MP组合中偷取一个可执行的G
4. M循环调度G
5. M执行G.func()
   1. G如果发生了syscall或则其余阻塞操作，M会阻塞，runtime把线程M从P中摘除(detach)
   2. 创建一个新M或者复用一个休眠M
   3. M来服务于这个P
6. 销毁G
7. 返回

2.3 go func 调度流程

• M0: 启动后的主线，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：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

4. Go调度器执行场景

4.1 G1创建G2

P拥有G1，M1获得P，M开始运行G1，G1中创建了G2，G2优先加入了P1的本地队列。

4.2 G1执行完毕

G0执行完毕退出，切换到G0，G0调度G2到M1中

4.3 G2开辟过多的G

G2创建过多的G导致P1的本地队列满了

4.4 P1本地队列负载均衡

当新创建的G无法再加入本地队列时候，将新G和本地队列中一半的G移入全局队列。

4.5 G2本地队列未满加入G8

创建G8的时候，本地队列P1还没满，则加入到P1的本地队列中。

4.6 唤醒休眠M

当创建G的时候，会首先尝试唤醒其它空闲的P-M组合去执行G

4.7 M2尝试批量获取G

自旋线程M2会尝试从全局队列中获得一批G到P2本地队列中

4.8 M2偷取P1本地队列中的G

当全局队列和P2本地队列中没有G的时候，会尝试去P1本地队列中偷取G

4.9 关闭多余的M

当许多的M在自旋（运行），为了不浪费CPU资源，会限制最大数量的自旋线程。

4.10 G阻塞时候P切换M绑定

当G阻塞时候，M2与P2立即解绑。如果还有G或者还有空闲M，会唤醒一个M与其绑定，否则则会加入空闲P队列。

4.11 G非阻塞时候P-M切换绑定

当G非阻塞系统调用时候，同场景10。但是不同的是，当系统调用返回时候，会尝试恢复绑定原来的P。当失败时候则G加入全局，M变为空闲状态。

标签：GPM,协程,队列,创建,调度,线程,本地,Go,梳理
来源： https://blog.csdn.net/weixin_38371073/article/details/122800875