GMP调度

zoulingbin

2021-06-29 76 words One minute

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什么是gmp模型

Golang 语言的调度器是基于协程调度模型 GMP，即 goroutine（协程）、processor（处理器）、thread（线程），通过三者的相互协作，实现在用户空间管理和调度并发任务。

G

G是goroutine的缩写,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，空间会随着需求增长。G的数量没限制，但受内存影响。

M

抽象化代表内核线程，记录内核线程栈信息，当goroutine调度到线程时，使用该goroutine自己的栈信息。Go 语言中，M 的默认数量限制是 10000，如果超出则会报错

P

Processor，处理器，一般P的数量就是处理器的核数，可以通过GOMAXPROCS进行修改。

G-M-P三者关系

G-M-P三者的关系与特点：

每一个P保存着一个协程G的队列，即p的本地队列。
除了每个P自身保存的G的队列外，调度器还拥有一个全局的G队列
M的数量和P不一定匹配，可以设置很多M，M和P绑定后才可运行，多余的M处于休眠状态。
无论在哪个M中创建了一个G，只要P有空闲的，就会引起新M的创建

三者关系：G需要绑定在M上才能运行，M需要绑定P才能运行。

线程调度原理

N:1模型：多个用户空间线程在1个内核空间线程上运行。优势是上下文切换非常快，因为这些线程都在内核态运行，但是无法利用多核系统的优点。
1:1模型：1个内核空间线程运行一个用户空间线程。这种充分利用了多核系统的优势但是上下文切换非常慢，因为每一次调度都会在用户态和内核态之间切换。POSIX线程模型(pthread)就是这么做的。
M:N模型：内核空间开启多个内核线程，一个内核空间线程对应多个用户空间线程。效率非常高，但是管理复杂。

GMP调度原理

在旧版本里，go的goroutine调度模型是GM。

https://cdn.learnku.com/uploads/images/202003/11/58489/uWk9pzdREk.png — GM模型

在老调度器的缺点主要是，多个线程（M）从全局队列里获取goroutine时，需要频繁的加锁，形成了激烈的锁竞争。

https://cdn.learnku.com/uploads/images/202003/11/58489/Ugu3C2WSpM.jpeg — GMP模型

全局队列里存放着等待运行的G。每个P都维护自己的一个本地队列，这样就可以解决每次执行G都要去全局队列取G，导致的频繁抢占锁的问题。每个P都有一个runnext。runnext实际上只能指向一个G,可以理解为特殊的队列。如果 runnext 为空，那么 goroutine 就会顺利地放入 runnext，接下来，它会以最高优先级得到运行，即优先被消费。

如果runnext不为空，那就先负责把runnext上的old G踢走，再把new G放上来。被踢走的G会被放到本地队列，本地队列的容量是256，如果本地队列满了，则会将本地队列的一半数量的G放到全局队列里，被其他的M消费掉。当本地队列为空时，M会执行全局队列的G。当全局队列为空时，空闲的M会执行其他P的本地队列里的G。

M执行过程中，随时会发生上下文切换。当发生上线文切换时，需要对执行现场进行保护，以便下次被调度执行时进行现场恢复。Go调度器M的栈保存在G对象上，只需要将M所需要的寄存器(SP、PC等)保存到G对象上就可以实现现场保护。当这些寄存器数据被保护起来，就随时可以做上下文切换了，在中断之前把现场保存起来。如果此时G任务还没有执行完，M可以将任务重新丢到P的队列，等待下一次被调度执行。当再次被调度执行时，M通过访问G的SP、PC寄存器进行现场恢复，从上次中断位置继续执行。

一个G最多占用CPU 10ms，防止其他G被饿死。