Go调度程序:Ms,Ps&Gs

女主宣言

最近决定学习一下关于Go内部的相关知识,所以就整理了此篇文章来和大家分享一下。

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最近决定学习一下关于Go内部的相关知识,之前有人写过Go调度程序,觉得很有趣。相信大家也会喜欢这方面的文章,让我们开始吧!

1

基础

Go运行时管理调度、垃圾收集和goroutines的运行时环境。在这里,我将只关注调度程序。

运行时调度器通过将它们映射到操作系统线程来运行goroutines。Goroutines是线程的轻量级版本,启动成本非常低。每一个goroutine都是由一个名为G的结构体描述的,它包含了跟踪其堆栈和当前状态所必需的字段。所以,G = goroutine。

运行时跟踪每个G,并将它们映射到逻辑处理器上,命名为P。P可以被看作是一个抽象的资源或上下文,需要被获取,因此OS线程(称为M或机器)可以执行G。你可以通过调用 runtime.GOMAXPROCS(numLogicalProcessors) 来控制运行时的逻辑处理器,如果你打算调整这个参数(或许不应该),设置一次并忘记它,因为它需要“停止一切”GC暂停。

从本质上讲,操作系统运行线程,执行你的代码。Go的诀窍是,编译器在不同的地方插入调用到Go运行时,例如通过通道发送一个值,对运行时包进行调用),这样就可以通知调度程序并采取行动。

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2

Ms,Ps&Gs之间的舞蹈

Ms、Ps和Gs之间的交互有点复杂。看一下这个工作流程图:

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在这里我们可以看到,对于G来说有两种类型的队列:在“schedt”结构中有一个全局队列(很少使用),并且每个P维护一个可运行的G队列。

为了执行一个goroutine,M需要保存上下文P.机器,然后弹出它的goroutines,执行代码。

当你安排一个新的goroutine(做一个go func()调用)时,它被放置到P的队列中。这里有一个有趣的偷工调度算法,当M完成了某个G的执行,然后它试图从队列中取出另一个G,它是空的,然后它随机地选择另一个P并试图从它中偷取一半的可运行的G!

当你的goroutine做一个阻塞的系统调用时,会发生一些有趣的事情。阻塞系统调用将被拦截,如果要运行Gs,运行时将从P中分离出线程并创建一个新的OS线程(如果空闲线程不存在的话)来服务该处理器。

当一个系统调用恢复时,goroutine被放回一个本地运行队列,线程会自动放置(意味着线程不会运行),并将自己插入到空闲线程列表中。

如果goroutine进行网络调用,运行时也会执行类似的操作。这个调用将被拦截,但是因为Go有一个集成的网络轮询器,它有自己的线程,它将被分配给它。

如果当前的goroutine被阻塞,那么运行时将运行一个不同的goroutine:

  • 阻塞系统调用(例如打开一个文件),

  • 网络输入,

  • 通道操作,

  • 同步包中的原语。

3

调度程序跟踪

Go允许跟踪运行时调度程序。这是通过GODEBUG环境变量完成的:

$ GODEBUG=scheddetail=1,schedtrace=1000 ./program

下面是它给出的输出示例:

SCHED 0ms: gomaxprocs=8 idleprocs=7 threads=2 spinningthreads=0 idlethreads=0 runqueue=0 gcwaiting=0 nmidlelocked=0 stopwait=0 sysmonwait=0
 P0: status=1 schedtick=0 syscalltick=0 m=0 runqsize=0 gfreecnt=0
 P1: status=0 schedtick=0 syscalltick=0 m=-1 runqsize=0 gfreecnt=0
 P2: status=0 schedtick=0 syscalltick=0 m=-1 runqsize=0 gfreecnt=0
 P3: status=0 schedtick=0 syscalltick=0 m=-1 runqsize=0 gfreecnt=0
 P4: status=0 schedtick=0 syscalltick=0 m=-1 runqsize=0 gfreecnt=0
 P5: status=0 schedtick=0 syscalltick=0 m=-1 runqsize=0 gfreecnt=0
 P6: status=0 schedtick=0 syscalltick=0 m=-1 runqsize=0 gfreecnt=0
 P7: status=0 schedtick=0 syscalltick=0 m=-1 runqsize=0 gfreecnt=0
 M1: p=-1 curg=-1 mallocing=0 throwing=0 preemptoff= locks=1 dying=0 helpgc=0 spinning=false blocked=false lockedg=-1
 M0: p=0 curg=1 mallocing=0 throwing=0 preemptoff= locks=1 dying=0 helpgc=0 spinning=false blocked=false lockedg=1
 G1: status=8() m=0 lockedm=0

注意,它使用了与G、M和P以及它们的状态相同的概念,比如P的队列大小。通常,你不需要那么多的细节,所以你可以使用:

$ GODEBUG=schedtrace=1000 ./program

此外,还有一个名为go tool trace的高级工具,它有一个UI,允许我们探索,程序运行时正在做什么。

总结

本次跟大家分享的知识点就是以上这些,不知道大家有没有理解呢,有任何问题都可以跟我们留言沟通。

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