目录

1.Go线程实现模型

1:1 关系

N:1关系

M:N关系

2.GM模型

3.GMP模型

概念

模型简介

有关P和M的个数问题

P和M何时会被创建

4.调度器的设计策略

5.go func()  调度流程

6.调度器的生命周期

7.Go work stealing 机制

8.Go hand off 机制

9.Go 抢占式调度

9.Sysmon有什么作用

10.可视化GMP编程

---

1.Go线程实现模型

1:1 关系

1个协程绑定1个线程，这种最容易实现。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。

N:1关系

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。

M:N关系

M个协程绑定N个线程，是N:1和1:1类型的结合，克服了以上2种模型的缺点，但实现起来最为复杂。

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。

2.GM模型

被废弃的goroutine调度器

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：

1. 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。
2. 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'。
3. 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。

3.GMP模型

概念

• G（ Goroutine）： 我们所说的协程，为用户级的轻量级线程，每个Goroutine对象中的sched保存着其上下文信息。
• M（ Machine）： 对内核级线程的封装，数量对应真实的 CPU 数（真正干活的对象）。
• P（ Processor）： 即为 G 和 M 的调度对象，用来调度 G 和 M 之间的关联关系，其数量可通过 GOMAXPROCS()来设置，默认为核心数。

模型简介

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。

1. 全局队列（Global Queue）：存放等待运行的G。
2. P的本地队列：同全局队列类似，存放的也是等待运行的G，存的数量有限，不超过256个。新建G'时，G'优先加入到P的本地队列，如果队列满了，则会把本地队列中一半的G移动到全局队列。
3. P列表：所有的P都在程序启动时创建，并保存在数组中，最多有GOMAXPROCS(可配置)个。
4. M：线程想运行任务就得获取P，从P的本地队列获取G，P队列为空时，M也会尝试从全局队列拿一批G放到P的本地队列，或从其他P的本地队列偷一半放到自己P的本地队列。M运行G，G执行之后，M会从P获取下一个G，不断重复下去。

Goroutine调度器和OS调度器是通过M结合起来的，每个M都代表了1个内核线程，OS调度器负责把内核线程分配到CPU的核上执行。

有关P和M的个数问题

1、P的数量：

• 由启动时环境变量$GOMAXPROCS或者是由runtime的方法GOMAXPROCS()决定。这意味着在程序执行的任意时刻都只有$GOMAXPROCS个goroutine在同时运行。

2、M的数量:

• go语言本身的限制：go程序启动时，会设置M的最大数量，默认10000.但是内核很难支持这么多的线程数，所以这个限制可以忽略。
• runtime/debug中的SetMaxThreads函数，设置M的最大数量
• 一个M阻塞了，会创建新的M。

M与P的数量没有绝对关系，一个M阻塞，P就会去创建或者切换另一个M，所以，即使P的默认数量是1，也有可能会创建很多个M出来。

P和M何时会被创建

1、P何时创建：在确定了P的最大数量n后，运行时系统会根据这个数量创建n个P。

2、M何时创建：没有足够的M来关联P并运行其中的可运行的G。比如所有的M此时都阻塞住了，而P中还有很多就绪任务，就会去寻找空闲的M，而没有空闲的，就会去创建新的M。

4.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。

1）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。

2）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。GOMAXPROCS也限制了并发的程度，比如GOMAXPROCS = 核数/2，则最多利用了一半的CPU核进行并行。

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，当P的本地队列为空时，优先从全局队列获取，如果全局队列为空时则通过work stealing机制从其他P的本地队列偷取G。

5.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或则其余阻塞操作，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。

6.调度器的生命周期

7.Go work stealing 机制

8.Go hand off 机制

9.Go 抢占式调度

9.Sysmon有什么作用

sysmon是一个管理线程或者说守护线程，其是对GMP调度架构的补充和兜底。

GMP的调度完全是主动协作式的调度。主动协作式的调度性能很高，但是在某些情况下会出现单个goroutine长期占据时间片甚至一直占据时间片的情况。
比如：

1. 某个goroutine不执行主动调度、不调用系统调用、不做函数调用，就会一直运行直到goroutine退出；
2. 某个goroutine处于syscall状态时也无法触发主动调度，可能会造成该goroutine长时间占据时间片；

sysmon的作用就是处理类似上面情况，其主要的工作内容有：

1. 定期查看netpoll有无就绪的任务，防止netpoll阻塞队列中的goroutine饥饿；
2. 定期查看是否有p长时间(10ms)处于syscall状态，如有则将p的持有权释放以执行其他g；
3. 定期查看是否有p长时间(10ms)没有调度，如有则对当前m发送信号，触发基于信号的异步抢占调度；

10.可视化GMP编程

方式1：go tool trace

方式2：Debug trace