[每周一更]-(第51期)：Go的调度器GMP

参考文献

• https://learnku.com/articles/41728
• http://go.cyub.vip/gmp/gmp-model.html#g-m-p
• https://blog.csdn.net/ByteDanceTech/article/details/129292683
• https://www.ququ123.top/2022/04/golang_gmp_principle/

什么是GMP?

GMP模型是Go语言并发模型的核心概念，用于管理和调度Goroutine的执行。它包含三个主要组件：Goroutine（协程）、M（机器）和P（处理器）。

Go 为了自身 goroutine 执行和调度的效率，自身在 runtime 中实现了一套 goroutine 的调度器

G-M-P分别代表：

• G - Goroutine，Go协程，是参与调度与执行的最小单位
• M - Machine，指的是系统级线程，每个M绑定到一个操作系统线程上。M负责调度和管理Goroutine，它会将Goroutine分配给可用的P进行执行。一个Go程序通常会有多个M，用于实现并发执行。
• P - Processor，指的是逻辑处理器，P关联了的本地可运行G的队列(也称为LRQ)，最多可存放256个G。P负责管理和执行Goroutine，它与M是一对一的关系。P维护了一个Goroutine队列（runqueue），它从队列中获取Goroutine并分配给M执行。
  

G-M-P的数量

• G 的数量：
  理论上没有数量上限限制的。查看当前G的数量可以使用runtime. NumGoroutine()

• P 的数量：
  由启动时环境变量 $GOMAXPROCS 或者是由runtime.GOMAXPROCS() 决定。这意味着在程序执行的任意时刻都只有 $GOMAXPROCS 个 goroutine 在同时运行。

• M 的数量:
  go 语言本身的限制：go 程序启动时，会设置 M 的最大数量，默认 10000. 但是内核很难支持这么多的线程数，所以这个限制可以忽略。 runtime/debug 中的 SetMaxThreads 函数，设置 M 的最大数量 一个 M 阻塞了，会创建新的 M。M 与 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 P 的默认数量是 1，也有可能会创建很多个 M 出来。

GMP的工作模式

• 首先创建一个新的 goroutine
• 如果本地的局部队列中有足够的空间可以存放，则放入局部队列中；如果局部队列满，则放入一个全局队列（所有的 M 都可以从全局队列中拉取 G 来执行）
• 所有的 G 都必须在 M 上才可以被执行，M 和 P 存在一一绑定的关系，如果 M 绑定的 P 中存在可以被执行的 G，则从 P 中拉取 G 来执行；如果 P 中为空，没有可执行的 G，则 M 从全局队列中拉取；如果全局队列也为空，则从其他的 P 中拉取 G
• 为 G 的运行分配必要的资源，等待 CPU 的调度
• 分配到 CPU，执行 func(){}
  

调度过程中阻塞

GMP模型的阻塞可能发生在下面几种情况：

• I/O，select
• block on syscall
• channel
• 等待锁
• runtime.Gosched()

用户态阻塞

当goroutine因为channel操作或者network I/O而阻塞时（实际上golang已经用netpoller实现了goroutine网络I/O阻塞不会导致M被阻塞，仅阻塞G），对应的G会被放置到某个wait队列(如channel的waitq)，该G的状态由_Gruning变为_Gwaitting，而M会跳过该G尝试获取并执行下一个G，如果此时没有runnable的G供M运行，那么M将解绑P，并进入sleep状态；当阻塞的G被另一端的G2唤醒时（比如channel的可读/写通知），G被标记为runnable，尝试加入G2所在P的runnext，然后再是P的Local队列和Global队列。

系统调用阻塞

当G被阻塞在某个系统调用上时，此时G会阻塞在_Gsyscall状态，M也处于 block on syscall 状态，此时的M可被抢占调度：执行该G的M会与P解绑，而P则尝试与其它idle的M绑定，继续执行其它G。如果没有其它idle的M，但P的Local队列中仍然有G需要执行，则创建一个新的M；当系统调用完成后，G会重新尝试获取一个idle的P进入它的Local队列恢复执行，如果没有idle的P，G会被标记为runnable加入到Global队列。

一种形象的栗子

地鼠(Gopher)的工作任务是：工地上有若干砖头，地鼠借助小车把砖头运送到火种上去烧制。M 就可以看作图中的地鼠，P 就是小车，G 就是小车里装的砖。
弄清楚了它们三者的关系，下面我们就开始重点聊地鼠是如何在搬运砖块的。

• Processor（P）：
  根据用户设置的 GoMAXPROCS 值来创建一批小车§。
• Goroutine(G)：
  通过 Go 关键字就是用来创建一个 Goroutine，也就相当于制造一块砖(G)，然后将这块砖(G)放入当前这辆小车§中。
• Machine (M)：
  地鼠(M)不能通过外部创建出来，只能砖(G)太多了，地鼠(M)又太少了，实在忙不过来，刚好还有空闲的小车§没有使用，那就从别处再借些地鼠(M)过来直到把小车§用完为止。
  这里有一个地鼠(M)不够用，从别处借地鼠(M)的过程，这个过程就是创建一个内核线程(M)。
  需要注意的是：地鼠(M) 如果没有小车§是没办法运砖的，小车§的数量决定了能够干活的地鼠(M)数量，在 Go 程序里面对应的是活动线程数；