深入浅析Go语言中要有GMP调度模型的原因

2023-05-14 21:05:40 调度 要有 浅析

Go为什么要有GMP调度模型？下面本篇文章给大家介绍一下Go语言中要有GMP调度模型的原因，希望对大家有所帮助！

深入浅析Go语言中要有GMP调度模型的原因

GMP调度模型是Go的精髓所在，它合理地解决了多线程并发调度协程的效率问题。

GMP是什么

首先得清楚，GMP各代指什么东西。

  • G: Goroutine的缩写，指协程，运行在线程上。
  • M: Machine的缩写，即thead，线程，循环的调度协程并执行。
  • P: Processor的缩写，指处理器，将协程储存到本地队列，并为线程提供未休眠的可用的协程，

线程M各自持有一个处理器P，当要获取协程时优先从P中获取，于是GMP模型图解如下：

image.png

大致流程是，线程M从P的队列中获取协程，如果获取不到，就会从全局队列中去竞争锁来获取。

处理器P

协程G和线程M结构在前几篇已经讲解了，这里解析一下处理器P。

作用

处理器P储存着一批协程，使得线程M可以无锁的从中获取协程，而无需与其他线程去竞争全局队列中的协程，从而提高调度协程效率。

源码解析

p结构体源码在src\runtime\runtime2.go中，这里展示部分重要字段。

type p struct {
   ...
   m           muintptr   // back-link to associated m (nil if idle)
   // Queue of runnable goroutines. Accessed without lock.
   runqhead uint32
   runQtail uint32
   runq     [256]guintptr
   runnext guintptr
   ...
}
  • m为处理器p所属的线程
  • runq是一个储存协程的队列
  • runqhead，runqtail表示队列的头尾指针
  • runnext指向下一个可运行的协程

image.png

线程M与处理器P是如何协作的？

在src\runtime\proc.go中，有一个schedule方法，这是线程运行的第一个函数。这函数中，线程需要获取到可运行的协程，代码如下：

func schedule() {    
    ...
    // 寻找一个可运行的协程
    gp, inheritTime, tryWakeP := findRunnable() 
    ...
}
func findRunnable() (gp *g, inheritTime, tryWakeP bool) {
    // 从本地队列中获取协程
    if gp, inheritTime := runqget(pp); gp != nil {
       return gp, inheritTime, false
    }

    // 本地队列拿不到则从全局队列中获取协程
    if sched.runqsize != 0 {
       lock(&sched.lock)
       gp := globrunqget(pp, 0)
       unlock(&sched.lock)
       if gp != nil {
          return gp, false, false
       }
    }
}

从本地队列中获取协程

func runqget(pp *p) (gp *g, inheritTime bool) {
   next := pp.runnext // 队列中下一个可运行的协程
   if next != 0 && pp.runnext.cas(next, 0) {
      return next.ptr(), true
   }
   ...
}

那如果本地队列和全局队列中都没有协程了怎么办呢，难道就让线程这么闲着？

这时候处理器P就会任务窃取，从其他线程的本地队列中窃取一些任务，美其名曰分担其他线程的压力，还提高了自己线程的利用率。

源码在src\runtime\proc.go\stealWork中，感兴趣可以看看。

新建的协程该分配到哪？

新建的协程该分配到本地还是全局队列呢，得分情况：

  • Go认为新协程的优先级高，于是先寻找本地队列放入，而且还插队。
  • 本队队列满了才放入全局队列。

实际流程为：

  1. 随机寻找P
  2. 将新协程放入P的runnext中，意味着下一个就运行该协程，插队了
  3. 若P的协程满了，则放入全局队列

源码在src\runtime\proc.go\newproc函数中。

// Create a new g running fn.
// Put it on the queue of g's waiting to run.
// The compiler turns a go statement into a call to this.
func newproc(fn *funcval) {
   gp := getg()
   pc := getcallerpc()
   systemstack(func() {
      newg := newproc1(fn, gp, pc) // 创建新协程

      pp := getg().m.p.ptr()
      runqput(pp, newg, true) // 寻找本地队列放入

      if mainStarted {
         wakep()
      }
   })
}

结语

本篇初步介绍了GMP调度模型，具体介绍了处理器P以及线程M获取协程的方式。

处理器P解决了多线程互斥获取协程的问题，提高调度协程的效率，但是不管协程在本地还是全局队列，目前看来还只是顺序执行，那Go是如何实现协程异步并发执行的呢？咱下一篇继续分析（虽然没什么人看...）。

以上就是深入浅析Go语言中要有GMP调度模型的原因的详细内容，更多请关注其它相关文章！

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