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Go goroutine模型与调度策略 Go并发的方法之goroutine模型与调度策略

朱骥伦   2021-11-17 我要评论
想了解Go并发的方法之goroutine模型与调度策略的相关内容吗,朱骥伦在本文为您仔细讲解Go goroutine模型与调度策略的相关知识和一些Code实例,欢迎阅读和指正,我们先划重点:Go,goroutine模型与调度策略,Go,并发调度策略,下面大家一起来学习吧。

学习刘丹冰《8小时转职golang工程师》,本节都是原理

单进程操作系统

早期的单进程操作系统,可以理解为只有一个时间轴,CPU顺序执行每一个进程/线程,这种顺序执行的方式,CPU同一时间智能处理一个指令,一个任务一个任务去处理

这样就会导致进程阻塞的话,CPU就会卡在当前进程,一直在等待,CPU就会浪费

多线程/多进程操作系统

CPU利用轮询机制,调度各个进程,每个进程都分配固定的时间片,这个时间片很小,先执行进程A,如果A结束了,那没问题切换到下一进程B,但如果时间片内A没结束,CPU不管A没结束,会强制切换到下一进程B,以此类推,CPU就避免了阻塞在某一进程

但这样的问题是,在频繁切换进程的过程中,进程的切换就必然会导致切换成本,例如保存当前线程状态,系统调用,环境的上下文切换,各种拷贝复制就会导致时间浪费,大部分时间都用在切换了,进程数量越多,切换的浪费就越大

因此软件的目标就是提高CPU利用率

另一方面,进程的内存占用也是很大的问题

1:N模型

程序员的任务就是在用户态调接口,开发业务,内核态负责调硬件,调系统资源,用户线程和内核线程一一绑定,CPU只需要管内核线程,这样的内核线程称为thread,用户线程称为co-routine,thread通过管理协程调度器,管理多个协程,这样CPU还是只管理一个线程

在这里插入图片描述

这样就在用户态实现了并发,CPU也不用切换了,只用在协程切换时消耗很少的资源,解决了CPU高消耗调度的问题

这样的弊端是有一个协程阻塞了,下一个协程就不能执行了

M:N模型

M个线程通过协程调度器,管理多个协程,CPU的调度优化我们没法做,这个协程调度器就非常重要了

goroutine

在go中,协程co-routine被改为goroutine,一个goroutine只占几kb,因此可以有大量的goroutine存在,另一方面goroutine 的调度器非常灵活

goroutine早期调度器

早期的goroutine调度器有一个全局的goroutine队列,这个队列有一个锁,每个线程要创建、销毁、运行一个goroutine都要先获取一个锁,然后执行goroutine,执行完毕后再把锁还回去

这样的问题是激烈的锁竞争

另一方面,当一个线程执行一个goroutine时,这个goroutine新创建了一个goroutine,为了保证并发,这个新goroutine肯定得执行,这个新创建的就被放在下一个线程去执行,这实际上不满足程序的局部性原理

另外系统在频繁调用不同的线程还是会造成系统开销

GMP

在操作系统中,有一个操作系统调度器,用来调度CPU,来处理不同的内核线程,在这之上每个线程有一个处理器,这个处理器里有goroutine的各种资源,堆、栈、数据等,这样的处理器称为P,每个P管理一个自己的本地队列,这个队列里存放着这个P要处理的goroutine,goroutine要被处理时,线程获取一个P,P调度出一个goroutine交给线程,线程对goroutine进行处理,除了P的本地队列外,还有一个全局队列,里面也存放着要运行的goroutine

在这里插入图片描述

调度器设计策略

 复用线程

work stealing

当一个线程正在执行一个goroutine时,并且它的P本地队列里还有待执行的goroutine,别的P空闲的话就会帮它的线程偷取一个goroutine

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hand off

如果说一个P正执行的goroutine突然阻塞了,比如在等待输入之类的,那么这时候这个P的线程,也就是这个CPU实际上没有被利用,这时候就会创建/唤醒一个新的线程,这时候让阻塞的goroutine继续阻塞,当前CPU变为睡眠状态,但把物理CPU切换走到不阻塞的线程上,其余的P和P的本地队列直接被转移到新的线程上控制,如果之前的阻塞routine又不阻塞了,那把这个goroutine又加入到别的队列后
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并行

P的数量可以宏定义,例如为CPU核心数/2

抢占

在1:1模型中,一个协程和一个线程绑定,当有别的协程需要运行时,当前的协程除非释放出这个线程资源,否则新来的就只能等着

而goroutine的机制是,每个goroutine只有10ms,时间用完后新的goroutine一定会抢占这个CPU,没有谁优先,大家都很平均

全局队列

在这里插入图片描述

一个线程如果没有要执行的goroutine,根据work stealing,去别的本地队列偷,如果别的队列也没得偷,就去全局队列里拿,全局队列里别的goroutine前移


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