Golang協程調度原理( G、M、P)

1. 什么是協程？

協程，又稱微線程，纖程。英文名Coroutine。對於進程、線程，都是有內核進行調度，有CPU時間片的概念，進行搶占式調度。協程的調用有點類似子程序，但是和子程序相比，協程有掛起的概念，協程可以掛起跳轉執行其他協程，合適的時機再跳轉回來。

goroutine使用方式非常的簡單，只需使用go關鍵字即可啟動一個協程，並且它是處於異步方式運行，你不需要等它運行完成以后在執行以后的代碼。

2. 協程調度原理？



G（Goroutine）：一個G代表一個goroutine

M（Machine）：內核級線程，一個M代表了一個內核線程，等同於系統線程

P（Process）：處理器，用來管理和執行goroutine，一個P代表了M所需的上下文環境

Sched：代表調度器，它維護有存儲M和G的隊列以及調度器的一些狀態信息等。

G-M-P三者的關系與特點：

P的個數取決於設置的GOMAXPROCS，go新版本默認使用最大內核數，比如你有8核處理器，那么P的數量就是8

M的數量和P不一定匹配，可以設置很多M，M和P綁定后才可運行，多余的M處於休眠狀態。

P包含一個LRQ（Local Run Queue）本地運行隊列，這里面保存着P需要執行的協程G的隊列，除了每個P自身保存的G的隊列外，調度器還擁有一個全局的G隊列GRQ（Global Run Queue），這個隊列存儲的是所有未分配的協程G。

三者關系：G需要綁定在M上才能運行，M需要綁定P才能運行。

簡單的來說，一個G的執行需要M和P的支持，一個M在與一個P關聯之后形成了一個有效的G運行環境【內核線程 + 上下文環境】，每個P都會包含一個可運行的G的隊列。

3. 調度實現？



從上圖中看，有2個物理線程M，每一個M都擁有一個處理器P，每一個也都有一個正在運行的goroutine。P的數量可以通過GOMAXPROCS()來設置，它其實也就代表了真正的並發度，即有多少個goroutine可以同時運行。圖中灰色的那些goroutine並沒有運行，而是出於ready的就緒態，正在等待被調度。P維護着這個隊列（稱之為runqueue），Go語言里，啟動一個goroutine很容易：go function 就行，所以每有一個go語句被執行，runqueue隊列就在其末尾加入一個goroutine，在下一個調度點，就從runqueue中取出（如何決定取哪個goroutine？）一個goroutine執行。
 

線程分為內核態線程和用戶態線程，用戶態線程需要綁定內核態線程，CPU並不能感知用戶態線程的存在，它只知道它在運行1個線程，這個線程實際是內核態線程。

用戶態線程實際有個名字叫協程（co-routine），為了容易區分，我們使用協程指用戶態線程，使用線程指內核態線程。

協程跟線程是有區別的，線程由CPU調度是搶占式的，協程由用戶態調度是協作式的，一個協程讓出CPU后，才執行下一個協程。

調度器的有兩大思想：

復用線程：協程本身就是運行在一組線程之上，不需要頻繁的創建、銷毀線程，而是對線程的復用。在調度器中復用線程還有2個體現：1）work stealing，當本線程無可運行的G時，嘗試從其他線程綁定的P偷取G，而不是銷毀線程。2）hand off，當本線程因為G進行系統調用阻塞時，線程釋放綁定的P，把P轉移給其他空閑的線程執行。

利用並行：GOMAXPROCS設置P的數量，當GOMAXPROCS大於1時，就最多有GOMAXPROCS個線程處於運行狀態，這些線程可能分布在多個CPU核上同時運行，使得並發利用並行。另外，GOMAXPROCS也限制了並發的程度，比如GOMAXPROCS = 核數/2，則最多利用了一半的CPU核進行並行。

調度器的兩小策略：

搶占：在coroutine中要等待一個協程主動讓出CPU才執行下一個協程，在Go中，一個goroutine最多占用CPU 10ms，防止其他goroutine被餓死，這就是goroutine不同於coroutine的一個地方。全局G隊列：在新的調度器中依然有全局G隊列，但功能已經被弱化了，當M執行work stealing從其他P偷不到G時，它可以從全局G隊列獲取G。

全局G隊列：在新的調度器中依然有全局G隊列，但功能已經被弱化了，當M執行work stealing從其他P偷不到G時，它可以從全局G隊列獲取G。

原文鏈接：https://blog.csdn.net/finghting321/article/details/107226778