本文是《循序渐进Go语言》的第六篇-Go并发调度。本文是学习《Go语言学习笔记》的并发调度一章，然后结合阅读源码的总结，希望对你有所帮助~

1 概述

Go语言在操作系统的进程、线程基础上又进一步做了更高层次的抽象。通过三种基本对象相互协作，来实现在用户空间管理和调度并发任务。

三种对象分别是：（为了概念准确，直接引用《Go语言学习笔记》的原文）

• Processor （简称P），用来控制可同时并发执行的任务数量。每个工作线程都必须绑定一个有效P才被允许执行。P还为线程提供执行资源，比如内存分配、本地任务队列等。线程独享所绑定的P资源，可在无锁状态下执行高效操作
• 进程内的一切都已goroutine(简称G) 方式运行，包括运行时相关服务，以及main.main入口函数。G并非执行体，它仅仅**保存并发任务状态，为任务执行提供所需的栈内存空间。G任务创建后，要放入P队列或者全局队列，等待工作线程调度执行。
• 工作线程（简称M）。和P绑定，以调度循环方式不停地执行G并发任务。M通过修改寄存器，将执行栈指向G自带的栈内存，并在此空间内分配堆栈帧，执行任务函数。当需要中途切换时，只需要将相关寄存器值保存回G空间即可维持状态。任何M都可以据此恢复执行。线程仅仅负责执行，不再持有状态。这是并发任务跨线程调度实现多路复用的根本所在

上面文字看明白了吗？我第一遍看的时候，也没啥概念。等到看完全章再回头来整理，发现句句宝贵。
为了更明白一些，我来画个图说明一下三者的关系：

G-P-M.png

2 调度器初始化 （schedInit）

主要经历如下步骤：

1) 设置M的最大数量
2) 初始化当前的M
3) 设置P的数量，一般为cpu核数
4）调整P的数量（这个过程中会新建一批P，放入空闲链表；另外调整过程也会发生在startTheWorld阶段，如果P之前太多，则会回收一部分）

调度器初始化之后，才会执行main 函数，main函数也是一个用户应用程序，也是启动一个goroutine。

3 任务

每次我们执行

go func (){}

其实编译之后，就会发现这是调用了系统的runtime.newproc操作。
那么这个函数主要执行了什么呢？

1) 获取队列中的空闲G。P队列中的G 是会复用的，如果队列中没有空闲P，则调用malg 创建新的G。
2) 为空闲的G设置栈空间
3) 保留现场
4) 设置调用者的PC（方便任务执行完毕之后，回到调用处）以及任务函数。
5）放入P队列，等待唤醒线程M执行。P队列按照优先级分了3级。先放本地，如果本地满了，则一次性将一半的任务迁移到全局队列。其目的是方便让其他空闲的P执行。

讲到这儿，我们应该看出，G一般会经过
“新建” -->"初始化前"-->"初始化"-->"调度执行"-->"执行完毕" 这几个状态。
如果任务执行完毕，G是可以继续放入P队列，作为空闲G，迎接新的任务的到来。

4 线程M

上一节我们提到，新任务创建之后，放入P队列，然后去唤醒线程M执行。
那么线程M从哪儿来呢，在存储在sched结构中。
M的获取也有两种，一种是获取空闲的M，另外一种是新建M（每个新建的M都会自带一个分配了8m空间的G0。G0主要是用来执行非用户任务，运行时的管理指令）。
被唤醒的M会陷入执行循环，从各个场所获取任务，并执行。有些时候甚至偷取其他P的任务。只有M被剥夺了P （比如因为执行时间太长，被抢占了）才会进入休眠状态。

5 线程执行

线程启动，会执行mstart这个函数。启动时必须绑定一个有效的P，P为M提供cache，以便为工作线程提供对象内存分配。每一个P都有一个mcache的结构。我们看下mcache的部分解释

Per-thread (in Go, Per-P) cache for small objects。

我们之前讲内存分配时，有提到说每个线程独占一个cache, 当时的cache就是这儿的cache。
mcache 中还有一个span的数组结构 “alloc [67]*mspan” 。是不是越看关系越大了，哈哈。
其执行流程：

1) 获取任务：要么从P本地获取，要么从其他地方获取（比如全局队列，网络队列，偷其他P的任务）
2）执行 主要是execute函数。这个函数中主要是通过汇编gogo函数来执行。
3）执行完毕，清理现场，然后跳回到调用处。

6 连续栈

其实栈的分配、回收、释放跟内存策略都一样。就不展开讲了。
G中有个stackguard0的指针，可以通过它跟SP比较，用于判断是否需要扩充栈了。如果扩充，就找一个原来两倍大小的栈，然后将数据copy过去，然后替代旧栈即可。

7 系统调用与监控

7.1 系统调用

为了支持并发，Go对syscall 进行了包装，以便在长时间阻塞时能切换执行其他任务。

监控线程sysmon负责将因系统调用而长时间阻塞的P抢回，将P用于执行其他任务。

7.2 监控

监控线程sysmon 保障了内存分配、垃圾回收、并发调度的有效执行。
除了上文提到的抢占调度，sysmon还提供如下的功能:

释放闲置超过5分钟的span物理内存
如果超过2分钟没有垃圾回收，则强制执行
将长时间未处理的netpoll结果添加到任务队列

其实sysmon 就是个for循环，会定期对上述的几个功能进行检查，如果到了特定时间，就执行预定的方法。

如果遇到GC，sysmon 会进入休眠状态。

7.3 抢占调度

所谓的抢占调度，只是在目标G上设置一个抢占标志，当该任务调用某个函数时，会检查这个标志，从而决定暂停这个任务。

8 stopTheWorld

stopTheWorld 会循环等待目标任务进入一个安全点后主动暂停。其核心流程就是向所有正在运行的G发送抢占调度，然后等。。。如果还没停，就继续发抢占调度。

9 总结

本文讲解了Go并发调度的机制。从G-P-M的关系入手，然后讲解了系统初始化时，调度器做的一系列操作。接着从一个任务创建、启动，到执行 讲解了G、P、M 都做了什么事情。 最后讲了系统调用、监控以及stopTheWorld这种暂停的机制。

10 参考文献

《Go学习笔记》
Go源码 1.8 版本。

11 其他

本文是《循序渐进go语言》的第六篇-《Go并发调度》。
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