GMP 原理与调度-地鼠文档 (topgoer.cn)Go面试必问——GMP调度模型详解_golang面试 gmp-CSDN博客
起源
早期的单进程操作系统，面临 2 个问题：
- 单一的执行流程，计算机只能一个任务一个任务处理。
- 进程阻塞所带来的 CPU 时间浪费。
多进程 / 线程时代有了调度器需求
在多进程 / 多线程的操作系统中，因为一个进程阻塞 cpu 可以立刻切换到其他进程中去执行，而且调度 cpu 的算法可以保证在运行的进程都可以被分配到 cpu 的运行时间片。这样从宏观来看，似乎多个进程是在同时被运行。
但新的问题就又出现了，进程拥有太多的资源，进程的创建、切换、销毁，都会占用很长的时间，CPU 虽然利用起来了，但如果进程过多，CPU 有很大的一部分都被用来进行进程调度了。
协程来提高 CPU 利用率
多进程、多线程已经提高了系统的并发能力，但是在当今互联网高并发场景下，为每个任务都创建一个线程是不现实的，因为会消耗大量的内存 (进程虚拟内存会占用 4GB [32 位操作系统], 而线程也要大约 4MB)。
大量的进程 / 线程出现了新的问题
- 高内存占用
- 调度的高消耗 CPU
其实一个线程分为 “内核态 “线程和” 用户态 “线程。一个 “用户态线程” 必须要绑定一个 “内核态线程”，但是 CPU 并不知道有 “用户态线程” 的存在，它只知道它运行的是一个 “内核态线程”(Linux 的 PCB 进程控制块)。再去细化去分类一下，内核线程依然叫 “线程 (thread)”，用户线程叫 “协程 (co-routine)”. 既然一个协程 (co-routine) 可以绑定一个线程 (thread)，那么能不能多个协程 (co-routine) 绑定一个或者多个线程 (thread) 上呢。 
N 个协程绑定 1 个线程
N 个协程绑定 1 个线程，优点就是协程在用户态线程即完成切换，不会陷入到内核态，这种切换非常的轻量快速。但也有很大的缺点，1 个进程的所有协程都绑定在 1 个线程上
缺点：
- 某个程序用不了硬件的多核加速能力
- 一旦某协程阻塞，造成线程阻塞，本进程的其他协程都无法执行了，根本就没有并发的能力了。
1 个协程绑定 1 个线程
协程的调度都由 CPU 完成了，不存在 N:1 缺点
缺点：
- 协程的创建、删除和切换的代价都由 CPU 完成，有点略显昂贵了。
M 个协程绑定 N 个线程
克服了以上 2 种模型的缺点，但实现起来最为复杂。
Go 语言的协程 goroutine
协程跟线程是有区别的，线程由 CPU 调度是抢占式的，协程由用户态调度是协作式的，一个协程让出 CPU 后，才执行下一个协程。
Go 为了提供更容易使用的并发方法，使用了 goroutine 和 channel。goroutine 来自协程的概念，让一组可复用的函数运行在一组线程之上，即使有协程阻塞，该线程的其他协程也可以被 runtime 调度，转移到其他可运行的线程上。最关键的是，程序员看不到这些底层的细节，这就降低了编程的难度，提供了更容易的并发。
Go 中，协程被称为 goroutine，它非常轻量，一个 goroutine 只占几 KB，并且这几 KB 就足够 goroutine 运行完，这就能在有限的内存空间内支持大量 goroutine，支持了更多的并发。虽然一个 goroutine 的栈只占几 KB，但实际是可伸缩的，如果需要更多内容，runtime 会自动为 goroutine 分配。
Goroutine 特点：
- 占用内存更小（几 kb）
- 调度更灵活 (runtime 调度)
原生的用户态线程，即协程，coroutinego里面的协程是goroutine
Goroutine 调度器的 GMP 模型
被废弃的 goroutine 调度器
仅有GM，用 G 来表示 Goroutine，用 M 来表示线程M 想要执行、放回 G 都必须访问全局 G 队列，并且 M 有多个，即多线程访问同一资源需要加锁进行保证互斥 / 同步，所以全局 G 队列是有互斥锁进行保护的。
老调度器有几个缺点：
- 创建、销毁、调度 G 都需要每个 M 获取锁，这就形成了激烈的锁竞争。
- M 转移 G 会造成延迟和额外的系统负载。 比如当 G 中包含创建新协程的时候，M 创建了 G’，为了继续执行 G，需要把 G’交给 M’执行，也造成了很差的局部性，因为 G’和 G 是相关的，最好放在 M 上执行，而不是其他 M’。
- 系统调用 (CPU 在 M 之间的切换) 导致频繁的线程阻塞和取消阻塞操作，增加了系统开销。
Goroutine 调度器的 GMP 模型的设计思想
引进了P (Processor)，它包含了运行 goroutine 的资源，如果线程想运行 goroutine，必须先获取 P，P 中还包含了可运行的 G 队列。
在 Go 中，线程是运行 goroutine 的实体，调度器的功能是把可运行的 goroutine 分配到工作线程上。
调度器的设计策略
复用线程：避免频繁的创建、销毁线程，而是对线程的复用。
- work stealing 机制：当本线程无可运行的 G 时，尝试从其他线程绑定的 P 偷取 G，而不是销毁线程。
- hand off 机制：当本线程因为 G 进行系统调用阻塞时，线程释放绑定的 P，把 P 转移给其他空闲的线程执行。
利用并行：GOMAXPROCS 设置 P 的数量，最多有 GOMAXPROCS 个线程分布在多个 CPU 上同时运行。
抢占：
- 在 coroutine 中要等待一个协程主动让出 CPU 才执行下一个协程
- 在 Go 中，一个 goroutine 最多占用 CPU 10ms，防止其他 goroutine 被饿死，这就是 goroutine 不同于 coroutine 的一个地方。
全局 G 队列：在新的调度器中依然有全局 G 队列，但功能已经被弱化了，当 M 执行 work stealing 从其他 P 偷不到 G 时，它可以从全局 G 队列获取 G。
go func () 调度流程
从上图我们可以分析出几个结论：
1、我们通过 go func () 来创建一个 goroutine；
2、有两个存储 G 的队列，一个是局部调度器 P 的本地队列、一个是全局 G 队列。新创建的 G 会先保存在 P 的本地队列中，如果 P 的本地队列已经满了就会保存在全局的队列中；
3、G 只能运行在 M 中，一个 M 必须持有一个 P，M 与 P 是 1：1 的关系。M 会从 P 的本地队列弹出一个可执行状态的 G 来执行，如果 P 的本地队列为空，就会想其他的 MP 组合偷取一个可执行的 G 来执行；
4、一个 M 调度 G 执行的过程是一个循环机制；
5、当 M 执行某一个 G 时候如果发生了 syscall 或其余阻塞操作，M 会阻塞，如果当前有一些 G 在执行，runtime 会把这个线程 M 从 P 中摘除 (detach)，然后再创建一个新的操作系统的线程 (如果有空闲的线程可用就复用空闲线程) 来服务于这个 P；
6、当 M 系统调用结束时候，这个 G 会尝试获取一个空闲的 P 执行，并放入到这个 P 的本地队列。如果获取不到 P，那么这个线程 M 变成休眠状态， 加入到空闲线程中，然后这个 G 会被放入全局队列中。
总结（高度概括）
早期的单进程操作系统，面临 2 个问题：
- 单一的执行流程，计算机只能一个任务一个任务处理。
- 进程阻塞所带来的 CPU 时间浪费。
在多进程 / 多线程的操作系统中，通过并发技术和 CPU 进程调度技术提高了运行的速度多，但是在当今互联网高并发场景下，大量的进程 / 线程出现了
- 高内存占用
- 调度的高消耗 CPU
对于高效的并发编程，需要一个质量非常高的调度器
再去细化去分类一下，发现内核线程依然叫 “线程 (thread)”，用户线程叫 “协程 (co-routine)”.一个线程分为 “内核态 “线程和” 用户态 “线程。一个 “用户态线程” 必须要绑定一个 “内核态线程”
Go 中，协程被称为 goroutine，它非常轻量，对应着用户线程 “协程 (co-routine)”的作用。
Goroutine 调度器的 GMP 模型，用 G 来表示 Goroutine，用 M 来表示线程，用 P 来表示调度器。
线程 M 是运行 goroutine 的实体，调度器的功能是把可运行的 goroutine 分配到工作线程上，G 只能运行在 M 中，一个 M 必须持有一个 P，M 与 P 是 1：1 的关系。
GMP模型可以复用线程：避免频繁的创建、销毁线程，而是对线程的复用。
- work stealing 机制：当本线程无可运行的 G 时，尝试从其他线程绑定的 P 偷取 G，而不是销毁线程。
- hand off 机制：当本线程因为 G 进行系统调用阻塞时，线程释放绑定的 P，把 P 转移给其他空闲的线程执行。抢占：在 Go 中，一个 goroutine 最多占用 CPU 10ms，防止其他 goroutine 被饿死。
被废弃的 goroutine 调度器，没有 P 的原因
- 创建、销毁、调度 G 都需要每个 M 获取锁，这就形成了激烈的锁竞争。
- M 转移 G 会造成延迟和额外的系统负载。 比如当 G 中包含创建新协程的时候，M 创建了 G’，为了继续执行 G，需要把 G’交给 M’执行，也造成了很差的局部性，因为 G’和 G 是相关的，最好放在 M 上执行，而不是其他 M’。
- 系统调用 (CPU 在 M 之间的切换) 导致频繁的线程阻塞和取消阻塞操作，增加了系统开销。
