golang 重要知识：golang 调度

摘要

Go 的调度机制相当于我们微服务里的基础组件。很多运行时操作都涉及到了调度的关联。本文会细聊调度概念，策略，以及它的机制。当然，也少不了最常提及的 GMP 模型。

一、调度是什么?

计算机的资源是有限的，像 CPU，内存都是固定的。但是同一时间可能会有多个任务要去完成，比如操作系统的定时监控，用户程序的运行等。

怎么让资源最大化的完成任务，这是调度需要考虑的关键点。

调度可以理解为一个指挥员，指导我们的程序按照一定的规则去获取资源，然后去执行里面的指令。

那么，一般的规则有哪些呢？

常见的调度策略有 2 种，一种是协作式调度，会让程序顺利的完成自己的任务，再把资源腾出来给其他程序使用。

另一种是抢占式调度，也就是让程序按一定的时间去占有这些资源，时间到了就被迫让出现有资源，给其他的程序轮流使用。

协作式调度有利于程序专注的完成自己的任务，但也可能会造成其他程序一直饿死，得不到执行。

抢占式调度有利于程序在资源的利用上雨露均沾，但是在不断的切换过程中，将会使得程序原本 10 ms 能完成的事，不得不延迟多几 ms。

注：Linux 操作系统也是采用了抢占式调度，并且使用了 CFS：完全公平调度算法。通过对程序大致的运行时间来 平衡调度，让越没有执行过的程序，越快被调度到。

当前大多数操作系统都是采用抢占式调度来执行程序的，毕竟很多操作系统都是面向用户，需要很高的响应速度，而且只要切换程序的周期够短，例如 50ms，那对于用户来讲，就像没切换一样。

二、golang 的调度

上面提及到抢占式调度会有个频繁切换的过程，在切换时，需要不断的保存或恢复上下文信息。

而这会涉及到操作系统内核态和用户态的切换，性能损耗会很大。

对此，golang 实现了属于自己的调度模型，采用了基于协作的抢占式调度。之所以是"协作"的，是因为 Go 的调度时机是由用户自己设置的，而这里的用户指的是 golang 的运行时 runtime。

它会在下面的事件发生时进行调度触发：

• 使用关键字 go
• 垃圾回收
• 系统调用，如访问硬盘
• 同步阻塞调用，如 使用 mutex、channel

如果上面什么事件都没发生，则会有 sysmon 来监控 goroutine 的运行情况，对长时间运行的 goroutine 进行标记。一旦 goroutine 被标记了，那么它就会下次发生函数调用时，将自己挂起，再触发调度。

这里需要说明下的是，runtime 它相当于 Java 的虚拟机，负责了 Go 的很多东西，例如调度，垃圾回收、内存管理等，可以说是涵盖了 Go 的基础引擎了。

更重要的是 runtime 是运行在用户态上的，相当于 Go 的调度是在用户态这一层进行的。

这样，每当 Go 有调度产生时，就不会伴随着用户态和内核态的切换，而是像前面提到过的策略那样去触发调度，这就降低了并发时的内核态与用户态的切换成本了。

三、golang 的 GPM 模型

为了实现 golang 的调度，golang 抽象出了三个结构，也就是我们常见的 G、P、M。

G：也就是协程 goroutine，由 Go runtime 管理。我们可以认为它是用户级别的线程。

goroutine 非常的轻量，初始分配只有 2KB，当栈空间不够用时，会自动扩容。同时，自身存储了执行 stack 信息、goroutine 状态以及 goroutine 的任务函数等。

P：processor 处理器。P 的数量默认跟 CPU 的核心数一样，如果是多核的 CPU，则会有多个 P 会被创建。

每当有 goroutine 要创建时，会被添加到 P 上的 goroutine 本地队列上，如果 P 的本地队列已满，则会维护到全局队列里。

在进行调度时，会优先从本地队列获取 goroutine 来执行。

如果本地队列没有，会从其他的 P 上偷取 goroutine。

如果其他 P 上也没有，则会从全局队列上获取 goroutine。

这样通过上面的策略，就能尽最大努力保证有 goroutine 可运行。

M：系统线程。在 M 上有调度函数，它是真正的调度执行者，M 需要跟 P 绑定，并且会让 P 按上面的原则挑出个 goroutine 来执行。

M 虽然从 P 上挑选了 G 执行，但 M 并不保存 G 的上下文信息，而是 G 自己保存了相关信息，这样有利于转移到其他 M 上，在不同的 M 上运行。

GPM 模型的优势点在于 G 包含了执行任务相关信息，M 提供了执行环境，并且有调度机制。而 P 则是他们两者的粘合剂。

假如没有 P 。那么 M 就会有争夺 G 的竞争问题，并且 M 的数量会不可控，会出现过多的 M 去处理 G。

一旦超过了 CPU 的核心数，那么就会将性能耗费在上下文切换过程中。

有了 P 这一层后，M 优先从 P 的本地队列获取 goroutine，减少并发竞争。并且保证了最多跟 CPU 核心数一样的 goroutine 数量在并行运行，充分利用了多核优势，又不被滥用。

总结

相信看过本文后，各位对 Golang 的调度有了一定的了解。正是因为基于协作的抢占式调度和 GMP 模型，Golang 的高并发高性能才有了底层保障。当然，大伙也可以深入到源码去分析这些调度机制，这样离大神就更近一步了 ㋡...