GMP模型

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GMP模型

含义

Goroutine 的并发编程模型基于GMP模型，其中基本含义如下：

  • G: 表示goroutine，每个goroutine都有自己的栈空间，定时器，初始化的栈空间在2k左右，空间会随着需求增长。

  • M: 抽象化代表为内核线程，记录内核线程栈信息，当goroutine调度到线程时，使用该goroutine自己的栈信息。

  • P: 为一个逻辑Processor，代表调度器，负责调度goroutine，维护一个本地goroutine队列，M从P上获得goroutine并执行，同时还负责部分呢内存的管理。

模型

avater

全局队列： 存放等待允许的G。

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。新建一个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

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个P

M：线程想运行任务就得获取P，从P的本地队列获取G，P队列为空的时候，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的本地队列拿一半放到自己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。

M表示一个用户态线程，在M上有一个P和G，P是绑定到M上的，M获取G是通过P的调度获取的，在某一时刻，一个M上只有一个G（G0）除外。 在P上拥有一个G队列，里面是已经就绪的G，是可以被调度到线程栈上执行的协程，称为运行队列。

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

  1. go语言本身的限制：go程序启动时，会设置M的最大数量，默认为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。

  2. runtime/debug 中的SetMaxThreads函数，设置M的最大数量

  3. 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的默认数量为1，也有可能创建很多个M出来。

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 steaking 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。

并行利用

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=核心数/2， 则最多利用一半的CPI核进行并行。

抢占

在coroutine中要等待一个协程主动让出一个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饿死，这是goroutine 不同于别的coroutine的一个地方。

全局G队列

在最新的go语言中，存在一个全局G队列，但功能被弱化了，当M执行work stealing从其他P偷不到G时，它可以从全局G队列获取G。