深入淺析Go語言中要有GMP調度模型的原因

Go為什麼要有GMP調度模型？以下這篇文章跟大家介紹一下Go語言中要有GMP調度模型的原因，希望對大家有幫助！

GMP調度模型是Go的精髓所在，它合理地解決了多執行緒並發調度協程的效率問題。

GMP是什麼

首先得清楚，GMP各代指什麼東西。

• G: Goroutine的縮寫，指協程，運行在執行緒上。
• M: Machine的縮寫，即thead，線程，循環的調度協程並執行。
• P: Processor的縮寫，指處理器，將協程儲存到本機佇列，並為執行緒提供未休眠的可用的協程，

##執行緒M各自持有一個處理器P，當要取得協程時優先從P中獲取，於是GMP模型圖解如下：

#大致流程是，執行緒M從P的佇列中獲取協程，如果取得不到，就會從全域佇列去競爭鎖來取得。

處理器P

協程G和執行緒M結構在前幾篇已經講解了，這裡解析一下處理器P。

作用

處理器P儲存一批協程，使得執行緒M可以無鎖定的從中取得協程，而無需與其他執行緒去競爭全域佇列中的協程，從而提高調度協程效率。

原始碼解析

p結構體原始碼在

src\runtime\runtime2.go中，這裡展示部分重要欄位。

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為處理器p所屬的執行緒
• runq是儲存協程的佇列
• runqhead，runqtail表示佇列的頭尾指標
• runnext指向下一個可執行的協程

線程M與處理器P是如何協作的？

在

src\runtime\proc.go中，有一個schedule方法，這是執行緒運行的第一個函數。這函數中，執行緒需要取得到可運行的協程，程式碼如下：

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
       }
    }
}

從本地佇列中取得協程

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
   }
   ...
}

那麼如果本地佇列和全域佇列中都沒有協程了怎麼辦呢，難道就讓線程這麼閒著？

這時候處理器P就會任務竊取，從其他執行緒的本地佇列中竊取一些任務，美其名曰分擔其他執行緒的壓力，也提高了自己執行緒的使用率。

原始碼在

src\runtime\proc.go\stealWork中，感興趣可以看看。

新建的協程該分配到哪？

新建的協程該分配到本地還是全域佇列呢，得分情況：

Go認為新協程的優先權高，於是先找本地佇列放入，而且還插隊。
• 本隊佇列滿了才放入全域佇列。

實際流程為：

隨機尋找P
1. 將新協程放入P的
2. runnext中，意味著下一個就運行該協程，插隊了
若P的協程滿了，則放入全域佇列

原始碼在

src\runtime\proc.go \newproc函數中。

// 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()
      }
   })
}

結語

本篇初步介紹了GMP調度模型，具體介紹了處理器P以及執行緒M取得協程的方式。

處理器P解決了多執行緒互斥取得協程的問題，提高調度協程的效率，但是不管協程在本地還是全域佇列，目前看來還只是順序執行，那Go是如何實現協程異步並發執行的呢？咱下一篇繼續分析（雖然沒什麼人看...）。

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