Golang協程排程原理( G、M、P)
前序
正確地認識 G , M , P 三者的關係，能夠對協程的排程機制有更深入的理解！ 本文將會完整介紹完 go 協程的排程機制，包含：
- 排程物件的主要組成
- 各物件的關係 與 分工
- gorutine 協程是如何被執行的
- 核心執行緒 sysmon 對 gorutine 的管理
- gorutine 協程中斷掛起 與 恢復
- GOMAXPROCS 如何影響 go 的併發效能
排程器的三個基本物件：
Golang 簡稱 Go，Go 的協程(goroutine) 和我們常見的執行緒(Thread)一樣，擁有其排程器。
- G (Goroutine)，代表協程，也就是每次程式碼中使用
go 關鍵詞時候會建立的一個物件 - M (Work Thread)，工作執行緒，一個M代表了一個核心執行緒，等同於系統執行緒，
- P (Processor)，代表一個
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
G-M-P三者的關係與特點：
- 每一個執行的 M 都必須繫結一個 P，執行緒M 建立後會去檢查並執行G (goroutine)物件
- 每一個 P 儲存著一個協程G 的
佇列 - 除了每個 P 自身儲存的 G 的佇列外，排程器還擁有一個全域性的 G 佇列
- M 從
佇列中提取 G，並執行 - P 的個數就是
GOMAXPROCS（最大256），啟動時固定的，一般不修改 - M 的個數和 P 的個數不一定一樣多（會有休眠的M 或 P不繫結M ）（最大10000）
- P 是用一個全域性陣列（255）來儲存的，並且維護著一個全域性的 P 空閒連結串列
三者關係：G需要繫結在M上才能執行，M需要繫結P才能執行。
區域性G佇列與全域性G佇列的關係
- 全域性G任務佇列會和各個本地G任務佇列按照一定的策略互相交換。沒錯，就是
協程任務交換 - G任務的執行順序是，先從本地佇列找，本地沒有則從
全域性佇列找 - 轉移
- 區域性與全域性，全域性G個數 / P個數
- 區域性與區域性，一次性轉移一半
Gorutine從入隊到執行
- 當我們建立一個G物件，就是
gorutine，它會加入到本地佇列或者全域性佇列 - 如果還有空閒的P，則建立一個M 繫結該 P ，注意！這裡，P 此前必須還沒繫結過M 的，否則不滿足空閒的條件。細節點：
- 先找到一個空閒的P，如果沒有則直接返回
- P 個數不會佔用超過自己設定的cpu個數
- P 在被 M 繫結後，就會初始化自己的 G 佇列，此時是一個
空佇列 - 注意這裡的
一個點！- 無論在哪個 M 中建立了一個 G，只要 P 有空閒的，就會引起新 M 的建立
- 不需考慮當前所在 M 中所綁的 P 的 G 佇列是否已滿
- 新建立的 M 所綁的 P 的初始化佇列會從其他 G 佇列中取任務過來
- 這裡留下第一個問題： 如果一個G任務執行時間太長，它就會一直佔用 M 執行緒，由於佇列的G任務是順序執行的，其它G任務就會阻塞，如何避免該情況發生？ --①
- M 會啟動一個
底層執行緒，迴圈執行能找到的 G 任務。這裡的尋找的 G 從下面幾方面找：G任務的執行順序是，先從本地佇列找，本地沒有則從全域性佇列找- 當前 M 所綁的 P 佇列中找
- 去別的 P 的佇列中找
- 去全域性 G 佇列中找
- 程式啟動的時候，首先跑的是主執行緒，然後這個主執行緒會繫結第一個 P
- 入口 main 函式，其實是作為一個 goroutine 來執行
解答問題-①
協程的切換時間片是10ms，也就是說 goroutine 最多執行10ms就會被 M 切換到下一個 G。這個過程，又被稱為 中斷，掛起
原理：
go程式啟動時會首先建立一個特殊的核心執行緒 sysmon，用來監控和管理，其內部是一個迴圈：
- 記錄所有 P 的 G 任務的
計數 schedtick，schedtick會在每執行一個G任務後遞增 - 如果檢查到
schedtick一直沒有遞增，說明這個 P 一直在執行同一個 G 任務，如果超過10ms，就在這個G任務的棧資訊裡面加一個 tag 標記 - 然後這個 G 任務在執行的時候，如果遇到非行內函數呼叫，就會檢查一次這個標記，然後中斷自己，把自己加到佇列末尾，執行下一個G
- 如果沒有遇到
非行內函數呼叫的話，那就會一直執行這個G任務，直到它自己結束；如果是個死迴圈，並且 GOMAXPROCS=1 的話。那麼一直只會只有一個 P 與一個 M，且佇列中的其他 G 不會被執行！
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執行緒分為核心態執行緒和使用者態執行緒，使用者態執行緒需要繫結核心態執行緒，CPU並不能感知使用者態執行緒的存在，它只知道它在執行1個執行緒，這個執行緒實際是核心態執行緒。
使用者態執行緒實際有個名字叫協程（co-routine），為了容易區分，我們使用協程指使用者態執行緒，使用執行緒指核心態執行緒。
協程跟執行緒是有區別的，執行緒由CPU排程是搶佔式的，協程由使用者態排程是協作式的，一個協程讓出CPU後，才執行下一個協程。
排程器的有兩大思想：
複用執行緒：協程本身就是執行在一組執行緒之上，不需要頻繁的建立、銷燬執行緒，而是對執行緒的複用。在排程器中複用執行緒還有2個體現：1）work stealing，當本執行緒無可執行的G時，嘗試從其他執行緒繫結的P偷取G，而不是銷燬執行緒。2）hand off，當本執行緒因為G進行系統呼叫阻塞時，執行緒釋放繫結的P，把P轉移給其他空閒的執行緒執行。
利用並行：GOMAXPROCS設定P的數量，當GOMAXPROCS大於1時，就最多有GOMAXPROCS個執行緒處於執行狀態，這些執行緒可能分佈在多個CPU核上同時執行，使得併發利用並行。另外，GOMAXPROCS也限制了併發的程度，比如GOMAXPROCS = 核數/2，則最多利用了一半的CPU核進行並行。
排程器的兩小策略：
搶佔：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最多佔用CPU 10ms，防止其他goroutine被餓死，這就是goroutine不同於coroutine的一個地方。全域性G佇列：在新的排程器中依然有全域性G佇列，但功能已經被弱化了，當M執行work stealing從其他P偷不到G時，它可以從全域性G佇列獲取G。
全域性G佇列：在新的排程器中依然有全域性G佇列，但功能已經被弱化了，當M執行work stealing從其他P偷不到G時，它可以從全域性G佇列獲取G。
摘自：https://cloud.tencent.com/developer/article/1442315