GMP

简介

Golang的GMP模型

GMP是Golang语言协程调度机制的模型。

协程机制是对传统的多线程/进程机制的一种改良，虽然多进程/线程可以有效提升系统的并发能力，但是互联网等高并发场景下，需要并发处理的请求量级较大，每个请求创建一个线程会带来大量的内存等资源的消耗。

而且进程/线程切换的成本较高，对CPU产生了较大的浪费。

golang的语言的协程机制通过实现用户态线程（协程）的方式减少线程的资源消耗以及切换消耗，用户态线程在执行的时候动态绑定到系统线程上。

无论是多线程、多进程、多协程都涉及到多个任务的并发执行，而且任务数量往往多于CPU的核数，所以就有了任务调度的需求，当进程阻塞在IO、时间占用较长等场景下需要切换其他等待执行的进程。

在早期单进程时代是不需要调度器的，因为进程是串行执行的。

GMP是协程的调度机制，G代表的是go语言中的协程，M代表的是实际的线程，P代表的是Go的逻辑处理器。

协程通过调度器和系统线程进行绑定之后，才能真正执行代码逻辑，协程和线程的绑定关系可以分为1 : 1，N：1，M：N等几种模型。在Golang语言中G和P是多对一的关系，而P和M是一对一的关系。

G和P，以及P和M之间的关联关系不是固定的，例如P在运行过程中被销毁，之前绑定的G就会转移到其他的P上执行。

调度机制意味着不是所有的任务都可以得到立即执行，而不能被执行包括被切换的协程需要有存储的机制。等待被调度执行的协程存储在运行队列，Golang的调度器把队列分为局部运行队列和全局运行队列，每个和P绑定一个长度为256的循环队列，每次把G放入该队列的时候从末尾插入，获取的时候从头部获取。

除了从本地队列获取执行线程外，P还有一个特殊的字段runnext可以标识下一个要执行的协程，当该字段不为空的时候，会直接执行指向的协程，而不会从本地队列获取。

每个P关联的局部队列长度有限，所以溢出的协程都在全局队列，为了避免全局队列中的协程出现饿死现象，P每执行61次调度，就要从全局队列获取一个G到本地队列。此外等本地队列为空的时候，也会从全局队列的协程中进行调度。

全局队列的数据结构是链表，由于每个P共享全局运行队列，所以当需要从全局队列获取协程转移到本地队列的时候，先根据P的数量平分全局队列的容量，其次转移的数量不能超过局部队列容量的一半，也就是128个。

如果本地队列已经满了，那么会从本地队列中的一半转移到全局运行队列。

通过以上机制，GMP保证了协程调度的公平性。

go语言的调度器分为三种调度类型，主动调度，被动调度，以及抢占调度。

协程可以主动让出执行权力，协程在进行函数调用的时候，编辑器依赖提前插入的检查代码判断该协程是否要被抢占，但如果协程是长时间执行的CPU密集型运行，协程是无法被抢占的，1.14之后，go依靠操作系统的信号机制进行强制抢占。

go的协程在执行休眠，channel通道阻塞，网络IO阻塞，GC的时候会被动让出自己执行的权力。和主动调度不同的是，被动调度不会把G放入GMP的全局运行队列，因为当前G的状态是Gwaiting，而不是可运行状态。

go语言初始化的时候就会启动一个特殊的线程执行系统监控，系统监控每隔10ms会检查是否有准备就绪的网络协程，将其放到全局运行队列，同时还会判断当前协程是否执行时间过程过长，或者处于系统调用，如果是则会抢占当前的协程。

例如待运行的 main 函数是 main.main，runtime 中也有 1 个 main 函数 ——runtime.main，代码经过编译后，runtime.main 会调用 main.main，程序启动时会为 runtime.main 创建 Goroutine，称它为 main Goroutine 吧，然后把 main Goroutine 加入到 P 的本地队列。

G 退出，再次回到 M 获取可运行的 G，这样重复下去，直到 main.main 退出，runtime.main 执行 Defer 和 Panic 处理，或调用 runtime.exit 退出程序。