GMP模型学习笔记：概念、流程概述、设计机制及部分场景

前言

Go是并发而生的语言，其中则通过GMP模型来进行协程的分配与调度。本篇将记录自己学习GMP模型的笔记。

进程、线程、协程分配流程概述

计算机发展之初，是只有进程的。那时候是单进程时代，多个进程顺序执行，计算机也没有并发能力。

后来，多个进程/线程之间可以通过时间片轮转的方法进行调度。但是这样会导致大量的时间，耗费在时间片的切换上。

因此人们就又将线程分为了内核态和用户态，用户态线程就是协程。其二者可以通过1：1，N:1，N：M三种关系绑定。

关于用户态、内核态，先前的一篇学习笔记中曾记录过
https://blog.csdn.net/Ws_Te47/article/details/134790807

GMP模型属于M:N 多对多的模型，所谓GMP模型其实也更多就是这样一个协程调度器，用于将协程分配到线程之上。

题外话——在协程分配到线程之前，可能还会涉及到通过协程池进行协程复用，即任务分配给协程这一步。比如之前曾学习过的ants库就是这样一个协程池。(当时的习笔记)

GMP的前身——GM模型

在Go 1.1版本之前，采取的是GM模型而不上GMP模型。即直接将Goroutine分配给线程。

但是他存在以下问题：
1、创建、销毁、调度G都需要每个M获取锁，这就形成了激烈的锁竞争
2、M转移G会造成延迟和额外的系统负载。比如当G中包含创建新协程的时候，M创建了G’，为了继续执行G，需要把G’交给M’执行，也造成了很差的局部性，因为G’和G是相关的，最好放在M上执行，而不是其他M’
3、系统调用(CPU在M之间的切换)导致频繁的线程阻塞和取消阻塞操作增加了系统开销

因此退出了新的调度器，即GMP模型。

GMP模型概述

概念

GMP模型，G即Goroutine；M即machine 内核级线程；即processor处理器 其中包含了goroutine运行所需要的资源。

M0 是启动程序后的编号为 0 的主线程，这个 M 对应的实例会在全局变量 runtime.m0 中，不需要在 heap 上分配，M0 负责执行初始化操作和启动第一个 G， 在之后 M0 就和其他的 M 一样了。

G0 是每次启动一个 M 都会第一个创建的 gourtine，G0 仅用于负责调度的 G，G0 不指向任何可执行的函数，每个 M 都会有一个自己的 G0。在调度或系统调用时会使用 G0 的栈空间，全局变量的 G0 是 M0 的 G0。

流程

其基本流程如下：
新建一个Goroutine，分配给P的队列中去，随后M从P种获取Goroutine 并运行。
在分配时，会优先分配给P的本地队列。但如果本地队列已满，则会分配到全局队列中去。

M与P是绑定关系，获取运行时，会从P中弹出一个Goroutine给M。若本地P队列无法获取到，则会去全局队列获取。若全局队列也为空，则去其他线程中偷取G（即work stealing机制）

若M在执行G时发生阻塞，则会将这个M从P中剔除，再寻找空闲M或新建一个M绑定到这个P上。（即hand off机制）

当一个M调用结束后，这个G会寻找一个空闲的P执行，若找不到，则M变为休眠状态，G加入全局队列。

GMP的几个机制

复用线程：即work stealing和hand off机制。

并行控制：即通过GOMAXPROCS设置最大P数量。

抢占：每一个goroutine最多占用CPU 10ms就被抢占。

全局G队列：相较于GM模型，其作用已被弱化，但还是有的。

GMP的部分场景

更多的见原文

协程中创建协程时

会放到当前使用M对应P的本地队列。

这个机制也就是解决了前面提到的GM模型的问题“局部性较差”。

P本地队列已满的情况再创建

会移动到全局队列，具体移动的是 新创建的那个 和 本地队列的前一半（防止饿死）。

参考文献

golang大杀器GMP模型

上一篇他基本是cv的这个,这篇又来自 刘丹冰Aceld 公众号

GMP 模型，为什么要有 P？