深入探讨Go语言协程调度：GRM模型解析与优化策略

一、线程调度

1、早期单线程操作系统

• 一切的软件都是跑在操作系统上，真正用来干活（计算）的是 CPU
• 早期的操作系统每个程序就是一个进程，直到一个程序运行完，才能进行下一个进程，就是“单进程时代”
• 一切的程序只能串行发生

2、多进程/线程时代 

• 在多进程/多线程的操作系统中，就能解决了阻塞的问题，因为一个进程阻塞 cpu 可以立刻切换到其他进程中去执行
• 而且调度 cpu 的算法可以保证在运行的进程都可以被分配到 cpu 的运行时间片
• 这样从宏观来看，似乎多个进程是在同时被运行
• 但新的问题就又出现了，进行拥有太多的资源，进程的创建、切换、销毁、都会占用很长的时间
• CPU 虽然利用起来了，但如果进程过多，CPU 有很大的一部分都被用来进行进程调度了
• 大量的进程/线程都出现了新的问题
  • 高内存占用
  • 调度的高消耗 CPU
  • 进程虚拟内存会占用 4GB[32位操作系统]，而线程也要大约 4MB

3、Go 协程 goroutine 

• Go 中，协程被称为 goroutine，它非常轻量，一个 goroutine 只占几 KB，并且这几 KB 就足够 goroutine 运行完
• 这就能在有限的内存空间内支持大量 goroutine；支持了更多的并发
• 虽然一个 goroutine 的栈只占几 KB，但实际是可伸缩的，如果需要更多内容，runtime 会自动为 goroutine 分配
• Goroutine 特点：
  • 占用内存更小（几 KB）
  • 调度更灵活（runtime 调度）

4、协程域线程区别

• 协程跟线程是有区别的，线程由 CPU 调度是抢占式的
• 协程由用户调度是协作式的，一个协程让出 cpu 后，才执行下一个协程

二、调度器 GMP 模型

• G：goroutine（协程）
• M：thread（内核线程，不是用户态线程）
• P：processer（调度器） 

1、GM 模型

• G（协程）通常在代码里用 go 关键字执行一个方法，那么就等于起了一个 G
• M（内核线程）操作系统内核其实看不见 G 和 P，只知道自己在执行一个线程
• G 和 P 都是在用户层上的实现
• 并发量小的时候还好，当并发量大了，这把大锁，就成了性能瓶颈

• GMP 由来
  • 基于没有什么是加一个中间层不能解决的思路，golang在原有的GM的基础上加入了一个调度器P
  • 可以简单理解为是在G和M中间加了个中间层
  • 于是就有了现在的GMP模型里的P

2、GMP模型

三、GMP流程分析 

• 我们通过go func()来创建一个goroutine

1、P本地队列获取G

• M想要运行G，就要先获取P，然后从P的本地队列获取G

2、本地队列中G移动到全局队列

•  新建G时，新G会优先加入到P的本地队列
• 如果本地队列满了，则会把本地队列中一半的G移动到全局队列

3、从其他P本地队列的G放到自己P队列

•  如果全局队列为空时，M会从其他P的本地队列偷（stealing）一半G放到自己P的本地队列

4、M从P获取下一个G，不断重复

• 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