市建设局网站的综合业务管理平台,wordpress注册修改密码,卓越亚马逊网站建设目的,整站优化加盟前面的两篇#xff0c;从相对比较简单的锁的内容入手(也是干货满满)#xff0c;开始了go的系列。这篇开始#xff0c;进入更核心的内容。我们知道#xff0c;go应该是第一门在语言层面支持协程的编程语言(可能是我孤陋寡闻)#xff0c;goroutine也完全算的上是go的门面。g…前面的两篇从相对比较简单的锁的内容入手(也是干货满满)开始了go的系列。这篇开始进入更核心的内容。我们知道go应该是第一门在语言层面支持协程的编程语言(可能是我孤陋寡闻)goroutine也完全算的上是go的门面。golang围绕着goroutine构建了一整套用户态的调度体系并不断演进至当前的GMP模型。接下来相当的一段时间我们应该都会在介绍GMP以及调度机制中度过。
本篇呢我们就从goroutine开始说起。之所以从goroutine开始说起是因为从我的角度来说相比M和PG是最简单的。G完全就是一个用户态的任务唯一要做的就是记录任务的状态并管理任务(或者说被管理)。其中管理任务包括选择一个ready的任务运行、将阻塞的任务挂在到相应的阻塞队列中、将ready的任务移动到就绪队列。
当然实际的实现远远比这复杂但不妨碍我们先忽略一些细节比如gc相关的内容等先将主干抽离出来理解其设计主线。
本文的内容主要是围绕下面的状态图当然里面的内容不够全面。但就像前面说的先理解主干更多的细节在完整介绍完GMP后再进行补充。
对象
g
goroutine本质就是一个任务可以被运行可以等待可以被调度。基于此首先要有一个结构体记录任务相关的信息。基本的信息包括任务的内容、任务的状态、运行任务所需的资源等。不只goroutine包括其他一些计算机领域更广为人知的典型的任务比如进程、线程等都是如此。不过不同的任务基于其自身的特性以及各自的迭代又会有特有的字段。
goroutine对应的对象如下。字段看上去不少但是刨除一些gc、pprof(观测不确定都是pprof相关)的字段其实内容并不多主要如下图所示。接下来我们一一介绍。
栈相关。 stack表示goroutine的栈栈是一块从高向低增长的线性内存所以用lo和hi两个指针完全可以表示。
type stack struct {lo uintptrhi uintptr
}stackguard0的作用是为了判断栈的扩张。
goroutine初始化的时候只会分配固定大小的栈并且初始化的栈一定不会分配太大(2KB)。当goroutine运行过程中分配的栈内存越来越多栈向下增长超过loStackGuard时就需要对栈进行扩张。同时stackguard0还可以设置为stackPreempt表示该协程需要被抢占。goroutine检查到stackPreempt后会主动调度退出运行。stackguard0被检查的时机就是在发生函数调用时所以我们说goroutine主动调度的时机除了阻塞时就是在函数调用时。
stackguard1的作用和stackguard0的作用完全相同stackguard1用来做c的栈的判断这块我是完全不懂。
_panic和_defer。这是golang的panic和defer特性其实现是绑定于goroutine的和我之前想的不一样。后面可以开一篇单独介绍。调度相关。sched字段在goroutine被调度时记录其状态主要是sp和pc这两个字段可以记录goroutine的运行状态。
type gobuf struct {sp uintptrpc uintptrg guintptrctxt unsafe.Pointerret uintptrlr uintptrbp uintptr // for framepointer-enabled architectures
}其他。其他的字段比如atomicstatus、goid、m等相对比较简单就不占篇幅在这里说。
g结构体如下。
// src/runtime2.go 407
type g struct {stack stack // offset known to runtime/cgostackguard0 uintptr // offset known to liblinkstackguard1 uintptr // offset known to liblink_panic *_panic // innermost panic - offset known to liblink_defer *_defer // innermost deferm *m // current m; offset known to arm liblinksched gobufsyscallsp uintptr // if statusGsyscall, syscallsp sched.sp to use during gcsyscallpc uintptr // if statusGsyscall, syscallpc sched.pc to use during gcstktopsp uintptr // expected sp at top of stack, to check in tracebackparam unsafe.Pointeratomicstatus uint32stackLock uint32 // sigprof/scang lock; TODO: fold in to atomicstatusgoid int64schedlink guintptrwaitsince int64 // approx time when the g become blockedwaitreason waitReason // if statusGwaitingpreempt bool // preemption signal, duplicates stackguard0 stackpreemptpreemptStop bool // transition to _Gpreempted on preemption; otherwise, just deschedulepreemptShrink bool // shrink stack at synchronous safe pointasyncSafePoint boolpaniconfault bool // panic (instead of crash) on unexpected fault addressgcscandone bool // g has scanned stack; protected by _Gscan bit in statusthrowsplit bool // must not split stackactiveStackChans boolparkingOnChan uint8// 下面都是观测及gc相关的可以略过raceignore int8 // ignore race detection eventssysblocktraced bool // StartTrace has emitted EvGoInSyscall about this goroutinetracking bool // whether were tracking this G for sched latency statisticstrackingSeq uint8 // used to decide whether to track this GrunnableStamp int64 // timestamp of when the G last became runnable, only used when trackingrunnableTime int64 // the amount of time spent runnable, cleared when running, only used when trackingsysexitticks int64 // cputicks when syscall has returned (for tracing)traceseq uint64 // trace event sequencertracelastp puintptr // last P emitted an event for this goroutinelockedm muintptrsig uint32writebuf []bytesigcode0 uintptrsigcode1 uintptrsigpc uintptrgopc uintptr // pc of go statement that created this goroutineancestors *[]ancestorInfo // ancestor information goroutine(s) that created this goroutine (only used if debug.tracebackancestors)startpc uintptr // pc of goroutine functionracectx uintptrwaiting *sudog // sudog structures this g is waiting on (that have a valid elem ptr); in lock ordercgoCtxt []uintptr // cgo traceback contextlabels unsafe.Pointer // profiler labelstimer *timer // cached timer for time.SleepselectDone uint32 // are we participating in a select and did someone win the race?goroutineProfiled goroutineProfileStateHoldergcAssistBytes int64
}sudog
除了g对象外goroutine还涉及到sudog的对象。sudog是为了goroutine的阻塞队列而封装的一层对象。sudog的封装在我看来是出于两点考虑
一个goroutine可以阻塞在多个资源上也就是可能存在于多个阻塞队列中。针对这种情况做一层封装会简化并发操作每个sudog都是独属于某个阻塞队列的。阻塞队列本身即具有一定的数据结构封装sudog可以将阻塞队列的结构和g本身隔离出来相当于某种程度的分层。例如在之前介绍的golang的sync.Mutex实现中就涉及到红黑树以及链表的结构。 // src/runtime2.go 338
type sudog struct {g *gnext *sudogprev *sudogelem unsafe.Pointer // data element (may point to stack)acquiretime int64releasetime int64ticket uint32isSelect boolsuccess boolparent *sudog // semaRoot binary treewaitlink *sudog // g.waiting list or semaRootwaittail *sudog // semaRootc *hchan // channel
}g的调度
goroutine的调度通常涉及到三种情况(最基本的三种)
goroutine处于running状态主动调度goroutine处于running状态遇到阻塞时间转换为waiting状态触发调度goroutine处于waiting状态等待条件达成转换为runnable状态等待执行
主动调度
go的runtime包提供了显示调度的方法runtime.Gosched()。 其调用了mcall函数并将gosched_m函数作为参数传入。
// src/proc.go 316
func Gosched() {checkTimeouts()mcall(gosched_m)
}先看下mcall函数。mcall是用汇编写的这里就不贴汇编代码感兴趣的小伙伴可以自行了解下plan9。从注释里看mcall做的事情是
将curg的PC/SP保存至g-sched中。g-sched在第一小节中我们也提到过是goroutine被调度时记录其状态的字段。其中主要是PC/SP两个字段PC记录当前goroutine执行到哪条指令SP记录的是栈顶。从curg切换至g0。g0是和每个m绑定的不会执行用户任务只执行系统任务。通常也把切换至g0称为切换至系统栈。将curg作为参数传入fn中。fn做的事通常是对curg做一些操作然后调度至新的goroutine继续执行。实际上我们上面说的几种调度的情况只是通过不同的fn参数来实现。 mcall的这种实现实际也是一种代码复用和抽象的小技巧。
再回到gosched_m函数实际是调用了goschedImpl函数。 goschedImpl中将curg的状态从_Grunning置为_Grunnable因为这里是主动的调度当前goroutine并没有被阻塞。 然后将curg和m进行解绑并将curg塞到全局的阻塞队列中。 然后调用schedule函数。schedule会寻找到一个可执行的g并切换至起执行。 流程图如下。
// Gosched continuation on g0.
func gosched_m(gp *g) {if trace.enabled {traceGoSched()}goschedImpl(gp)
}func goschedImpl(gp *g) {status : readgstatus(gp)if status^_Gscan ! _Grunning {dumpgstatus(gp)throw(bad g status)}casgstatus(gp, _Grunning, _Grunnable)dropg()lock(sched.lock)globrunqput(gp)unlock(sched.lock)schedule()
}schedule是很核心的函数行数也比较多。我们还是忽略一些细节(细节的部分我们在m和p都有一定的了解后再来补充)抽出主干代码如下。
找到一个可执行的g然后运行。
// src/proc.go 3185
// One round of scheduler: find a runnable goroutine and execute it.
// Never returns.
func schedule() {_g_ : getg()gp, inheritTime, tryWakeP : findRunnable() // blocks until work is availableexecute(gp, inheritTime)
}execute会中会做状态的转换然后运行gogo。gogo的参数是g-schedgogo同样是汇编实现其直接设置pc及sp将执行流切换至g。
func execute(gp *g, inheritTime bool) {_g_ : getg()_g_.m.curg gpgp.m _g_.mcasgstatus(gp, _Grunnable, _Grunning)gp.waitsince 0gp.preempt falsegp.stackguard0 gp.stack.lo _StackGuardif !inheritTime {_g_.m.p.ptr().schedtick}gogo(gp.sched)
}goroutine阻塞
当goroutine运行遇到需要等待某些条件时就会进入等待状态。将当前goroutine挂载到相应的阻塞队列并触发调度。schedule的内容同上面没有变化可见schedule是调度的核心不同的调度方法只是在封装了在不同场景下的细节 。流程图如下。
func gopark(unlockf func(*g, unsafe.Pointer) bool, lock unsafe.Pointer, reason waitReason, traceEv byte, traceskip int) {if reason ! waitReasonSleep {checkTimeouts() // timeouts may expire while two goroutines keep the scheduler busy}mp : acquirem()gp : mp.curgstatus : readgstatus(gp)if status ! _Grunning status ! _Gscanrunning {throw(gopark: bad g status)}mp.waitlock lockmp.waitunlockf unlockfgp.waitreason reasonmp.waittraceev traceEvmp.waittraceskip traceskipreleasem(mp)// cant do anything that might move the G between Ms here.mcall(park_m)
}// park continuation on g0.
func park_m(gp *g) {_g_ : getg()if trace.enabled {traceGoPark(_g_.m.waittraceev, _g_.m.waittraceskip)}casgstatus(gp, _Grunning, _Gwaiting)dropg()if fn : _g_.m.waitunlockf; fn ! nil {ok : fn(gp, _g_.m.waitlock)_g_.m.waitunlockf nil_g_.m.waitlock nilif !ok {if trace.enabled {traceGoUnpark(gp, 2)}casgstatus(gp, _Gwaiting, _Grunnable)execute(gp, true) // Schedule it back, never returns.}}schedule()
}goroutine就绪
goroutine从等待状态转变为就绪状态应该是最简单的因为其不涉及调度。只是将g的状态改变并将g从阻塞队列移动至当前的就绪队列。流程图如下。 唯一有点意思的点在于wakep。wakep的作用是 当有新的g就绪而当前系统的负载又很低时确保有m和p来及时的运行g。这个后面在m和p的部分回详细介绍。
func goready(gp *g, traceskip int) {systemstack(func() {ready(gp, traceskip, true)})
}// Mark gp ready to run.
func ready(gp *g, traceskip int, next bool) {if trace.enabled {traceGoUnpark(gp, traceskip)}status : readgstatus(gp)// Mark runnable._g_ : getg()mp : acquirem() // disable preemption because it can be holding p in a local varif status^_Gscan ! _Gwaiting {dumpgstatus(gp)throw(bad g-status in ready)}// status is Gwaiting or Gscanwaiting, make Grunnable and put on runqcasgstatus(gp, _Gwaiting, _Grunnable)runqput(_g_.m.p.ptr(), gp, next)wakep()releasem(mp)
}本篇呢对goroutine的介绍肯定不算面面俱到。毕竟抛开M和P来讲G是很难讲全的。但是我相信读过本篇一定会对goroutine建立基本的认知。这种认知不够细节但一定足够本质。就像文章开头说的goroutine就是一个用户态的任务。我们自己其实也可以很轻易的实现一个任务管理的系统这本质上就没有区别。当然goroutine具备了很多的go的特性肯定是复杂的多。
