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Go 调度程序的工作原理

Go 调度程序的工作原理​

Go 调度程序负责在多个操作系统线程上高效地调度和执行 goroutine。以下是其工作原理的关键点：

  1. M、P、G 模型:

    • M（Machine）: 代表一个操作系统线程。
    • P（Processor）: 管理可运行的 goroutine 队列。Go 运行时会创建一个固定数量的 P，默认与 CPU 核心数相同。
    • G（Goroutine）: Go 语言中的轻量级线程。

  2. 调度过程:

    • 每个 P 维护一个本地的 goroutine 队列。
    • M 需要与 P 绑定才能执行 goroutine。
    • 调度器会选择一个 P，并将其与一个空闲的 M 绑定，然后从 P 的队列中取出 goroutine 执行。

  3. 工作窃取:

    • 如果一个 P 的队列为空，它可以从其他 P 的队列中窃取 goroutine，以保持负载均衡。

  4. 阻塞处理:

    • 当一个 goroutine 阻塞时（例如等待 I/O），M 会将其他可运行的 goroutine 调度到其他空闲的 M 上执行。

  5. 系统监控:

    • 调度器会定期监控系统状态，调整 M 和 P 的数量，以优化性能。

这种设计使得 Go 的调度程序能够高效地管理大量 goroutine，充分利用多核 CPU 的能力。

M、P、G 的关系并不是完全在一个线程中​

在 Go 的调度模型中，M、P、G 的关系并不是完全在一个线程中，而是通过以下方式协同工作：

  1. M（Machine）:

    • 代表一个操作系统线程。
    • 负责实际执行 goroutine。

  2. P（Processor）:

    • 代表执行 goroutine 所需的资源。
    • 每个 P 维护一个本地的 goroutine 队列。
    • P 必须与 M 绑定，M 才能执行 P 中的 goroutine。

  3. G（Goroutine）:

    • Go 语言中的轻量级线程。
    • 在 P 的队列中排队等待执行。

工作流程:

  • M 需要与一个 P 绑定才能执行 G。
  • P 管理 G 的调度，M 负责执行。
  • 如果一个 goroutine 阻塞，M 会解除与 P 的绑定，去处理其他任务，而 P 会继续调度其他 G。

这种设计允许 Go 运行时在多个线程上高效地调度和执行大量 goroutine。

Go 的调度模型图​

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在这个图中：

  • OS Thread: 对应于 M（Machine），即操作系统线程，负责执行 goroutine。
  • Local Run Queue: 对应于 P（Processor）的本地队列，管理和调度 goroutine（G）。

图示展示了 Go 调度程序如何在多个 OS 线程（M）上调度和执行 goroutine（G），并通过本地运行队列（P）来管理这些 goroutine。

在 Go 的调度模型中：

  • Global Run Queue:
    • 是一个全局的 goroutine 队列。
    • 当本地运行队列（P 的队列）没有可执行的 goroutine 时，M 可以从全局运行队列中获取 goroutine。
    • 用于平衡负载，确保 goroutine 能被及时调度和执行。

全局运行队列帮助在多个 P 之间分配 goroutine，防止某些 P 过载而其他 P 空闲。

新的 goroutine 被创建时​

在 Go 中，当一个新的 goroutine 被创建时，它通常会被直接放入当前 P（Processor）的本地运行队列，而不是全局运行队列。只有在特定情况下，例如负载不均衡或本地队列为空时，调度器才会使用全局运行队列来获取或分配 goroutine。全局运行队列主要用于在多个 P 之间进行负载均衡。