Goroutine

1 goroutine 的实现

1.1 GPM 模型

GPM 是 Go 调度器的三个核心组件。

1.1.1 Goroutine

G：Goroutine，有自己的栈、指向堆的指针，保存状态信息与寄存器值，用于当前 goroutine 被调度时使用。

需要注意的是，G 中还关联了两个结构体，分别为 stack 和 gobuf。

1
2
3
4
5
6
7

// 描述栈的数据结构，栈的范围：[lo, hi)
type stack struct {
    // 栈顶，低地址
    lo uintptr
    // 栈低，高地址
    hi uintptr
}

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14

// 存储 goroutine 运行时寄存器的值
type gobuf struct {
    // 存储 rsp 寄存器的值
    sp   uintptr
    // 存储 rip 寄存器的值
    pc   uintptr
    // 指向 goroutine
    g    guintptr
    ctxt unsafe.Pointer // this has to be a pointer so that gc scans it
    // 保存系统调用的返回值
    ret  sys.Uintreg
    lr   uintptr
    bp   uintptr // for GOEXPERIMENT=framepointer
}

1.1.2 Machine

M：Machine，内核级线程，goroutine 需要调度到 M 上才能运行，M 是真正执行 G 的组件，维护 M 的栈信息、正在执行的 G 信息等。

1.1.3 Processor

P：Processor，为 M 的执行提供上下文，保存 M 执行 G 的资源，维护需要被执行的处于 runnable 状态的 goroutine 队列。

• LRQ：本地可用 goroutine 队列。
• GRU：全局可用 goroutine 队列。

当 P 发现 LRQ 为空时，会检查 GRQ 是否为空，不为空则从中获取 G 运行；否则从其他 P 中“偷取” G 执行。

1.1.4 工作模型

每次 go func，都会有一个新的协程被添加到队列结尾。

// TODO：补充 GPM 的内容

1.2 goroutine 与 thread

1.3 go scheduler

Go 程序的执行分为两层：Go program 和 runtime，即用户程序和运行时，它们通过函数调用来实现内存管理、channel 通信、goroutine 创建等功能。用户程序进行系统调用会被 runtime 拦截，协助其进行调度与 GC 执行工作。

runtime 维护所有 goroutine，并通过 scheduler 进行调度

1. go scheduler 使用 M:N 模型，在任一时刻，M 个 G(oroutine) 分配到 N 个 M(achine) 中，在若干个 P 上运行。
2. 每个 M 都必须依附于一个 P，每个 P 可以挂载多个 M，同时只能运行一个 M。
3. go schedule 每一轮调度都需要找到一个 runnable 的 G，并执行。

goroutine 是 go runtime 的一部分，与 go 程序一起运行，不受用户控制。

2 goroutine 的细节

2.1 调度时机

在以下四种情况，goroutine 可能发生调度。

• 使用 go 关键字：创建一个新的 goroutine，Go scheduler 可能调度。
• GC：GC 工作时也依赖 goroutine 进行调度。
• 系统调用：当 goroutine 进行系统调用时，会阻塞 M，此时被调度走；同时一个新的 goroutine 会被调度上来。
• 内存同步访问：atomic，mutex，channel 操作等会使 goroutine 阻塞，此时被调度走；等条件满足后（例如其他 goroutine 解锁了）会被调度上来继续运行。