golang中GPM模型原理與排程器設計策略
阿新 • • 發佈：2021-11-11
一、GMP模型原理first:
1. 全域性佇列：存放待執行的G
2. P的本地佇列：同全域性佇列類似，存放待執行的G,儲存的數量有限：256個，
當建立新的G‘時，G’優先加入到P的本地佇列，如果佇列已滿，會把P本地佇列中一半的G移動到全域性佇列
3. M執行緒：M執行G需要先獲取P，然後從P本地佇列中取G執行，如果P本地佇列為空，M會把全域性佇列中一批G移動到P本地佇列
或去其它P佇列中偷一半G到P本地佇列，M執行G，G執行完後，M會從P獲取下一個G，不斷重複執行
4. P列表：所有的P都在程式啟動時建立，並儲存在陣列中，最多有GOMAXPROCS個
總結：goroutine排程器與OS執行緒排程器通過M結合起來，每一個M代表一個核心執行緒，OS排程器負責把核心執行緒分配到CPU上去執行
second:
有關 P 和 M 的數量問題
1. P 的數量：
由程式啟動時環境變數 $GOMAXPROCS 或 runtime方法GOMAXPROCS()決定，
這意味著在程式執行的任意時刻都只有 $MAXPROCS個goroutine在執行
2. M 的數量
2.1 go 語言本身的限制，go 程式啟動時會設定M的最大數量，預設10000，但是核心很難支援這麼多的執行緒，
所以可以忽略，
2.1 runtime/debug中的SetMaxThreads函式，設定 M 的最大數量
2.3 當一個M阻塞了，會建立新的M
3. M和P的數量沒有絕對關係，一個M阻塞，P就會建立或者切換其它的M，所以即使P的數量是1，也有可能創建出很多個M出來
three:
P 和 M 何時會被建立
1. P 何時建立：在確定了P的最大數量n後，runtime執行時系統會根據這個數量建立n個P
2. M 何時建立：沒有足夠的M來關聯P並執行其中可執行的G；比如此時所有的M都阻塞住了，
但是P中還有很多就緒任務，此時就會去建立新的M
二、排程器設計策略
1. 複用執行緒：避免重複的建立、銷燬執行緒，而是對執行緒的複用
work stealing機制：當本執行緒M無可執行的G時，會嘗試從其它執行緒繫結的P中偷取G，而不是銷燬執行緒
hand off機制：當本執行緒M因為G進行系統呼叫時阻塞，執行緒M釋放繫結的P，交給其它空閒的執行緒M去執行
利用並行：GOMAXPROCS設定P的數量，最多有GOMAXPROCS個執行緒分佈在多個CPU上執行，
GOMAXPROCS也限制了併發的程度，當設定 GOMAXPROCS = CPU核數/2 時，則最多利用了一半的CPU核進行並行
2. 搶佔：在coroutine中要等待一個協程讓出CPU才執行下一個協程，而在go中，一個goroutine最多佔用CPU 10ms,
防止其它goroutine被餓死，這就是goroutine不同於其它coroutine的區別
3. 全域性G佇列，在新的排程器中依然有全域性G佇列，但是功能被弱化了，當M執行 work stealing 從其它P佇列偷不到G時，
它可以從全域性G佇列獲取G
三、go func 排程流程
1. 我們通過 go func() 來建立一個 goroutine
2. 有兩個儲存G的佇列，一個是區域性排程器P的本地佇列，一個是全域性G佇列，新建立的G會先儲存在P的本地佇列中
如果P的本地佇列已滿就會儲存在全域性佇列中
3. G只能執行在M中，一個M必須持有一個P，M與P的關係時1:1，M先繫結P然後從P佇列中彈出一個可執行的G並執行，
如果P本地佇列為空，M會向其它MP組合偷取一個可執行的G執行
4. 一個M排程G執行的過程是一個迴圈機制
5. 當一個M執行一個G時發生了syscall或其它阻塞操作，M會阻塞，如果當前有一些G待執行，runtime會把這個執行緒M
從P中摘除，讓其它空餘的M執行緒（如果沒有就建立新的M執行緒）來服務於這個P
6. 當M系統呼叫結束的時候，這個G會嘗試獲取一個空閒的P，並放入到P的本地佇列中取，如果獲取不到P,
這個M執行緒變成休眠狀態，加入到空閒執行緒中去，然後這個G會被放入到全域性佇列中
四、排程器的宣告週期
M0: 是啟動程式後編號為0的主執行緒，M0負責初始化操作和執行第一個G，在之後M0就和其它M一樣了
G0: 是每次啟動M都會第一個建立的goroutine，GO僅用於負責排程的G，G0不指向任何可執行的函式，
每個M都會有一個自己的G0，在排程或系統呼叫時會使用G0的棧空間，
總結：go排程器的本質：把大量的goroutine分配到少量的執行緒上去執行，並利用多核並行，實現更強大的併發
參考連結：https://www.topgoer.com/%E5%B9%B6%E5%8F%91%E7%BC%96%E7%A8%8B/GMP%E5%8E%9F%E7%90%86%E4%B8%8E%E8%B0%83%E5%BA%A6.html