goroutine(1) go的调度器

对多道并行执行的程序来讲，有时它要占用处理器运行，有时要等待传送信息，当获得信息后又可继续执行，一个程序的执行可能受到另外一个程序的约束。因此程序的执行其实是走走停停的，为了能正确反映程序执行时的活动规律和状态变化，引进了进程，以便从变化的角度，动态地分析和研究程序的执行。

用计算机系统来解决某个问题时首先必须编制程序，可把程序看做是具备独立功能的一组指令的集合，或者说是指出处理器执行操做的步骤。程序的执行必须依赖于一个实体-数据集

还有一个问题就是从程序的角度没法正确描述程序执行时的状态。例：只有一个“编译程序”，同时为多个用户服务，有两个须要编译的程序甲、乙，假定编译程序p从a点开始工做，如今正在编译程序甲，当工做到b点时，须要把中间结果记录在磁盘上。因而程序p在b 点等待磁盘传输信息。这时处理器空闲，这时让p为源程序 乙进行编译，编译程序仍从a点开始工做。如今 的问题是如何来描述p的状态？是说“它在b点等侍磁盘传输”仍是说“从a点开始执行？

1.进程和线程

进程：把一个程序在一个数据集上的一次执行称为一个进程

　　（程序是静止的，进程是动态的。在20世纪80年代，大多数操做系统仍采用进程技术，把进程做为操做系统的基本组成单位。进程既是资源分配单位，又是调度和执行单位）

线程：线程是进程中可独立执行的子任务。

　　（把一个计算问题或一个应用问题做为一个进程，把该进程中能够并发执行的各部分分别做为线程。一个数据库应用程序的运行建立了一个数据库进程，用户要求从数据库中生产一份工资报表，并将它传送到一个文件中。用户在等待报表生成的时候又向数据库提出一个查询请求。操做系统把用户的每个请求（工资单报表，数据库查询）分别做为数据库进程的一个线程）

为何引入线程？

　　1.每一个进程都要占用一个进程控制块和一个私有的主存空间，开销比较大；进程之间传递消息时要从一个工做区传到另外一个工做区，需专用通讯机制，速度较慢

　　2.进程增多就增长了进程调度的次数，给调度和控制带来了复杂性。

　　在采用线程的操做系统中，进程是资源分配 单位，而线程是调度、执行单位。

协程：独⽴的栈空间，共享堆空间，调度由⽤户⾃⼰控制，本质上有点相似于⽤户级线程，这些⽤户级线程的调度也是⾃⼰实现的 。⼀个线程上能够跑多个协程，协程是轻量级的线程。

进程——>一个线程——>单线程程序

进程——>多线程——>多线程程序

2.并发和并行

1）多线程程序在cpu一个核蕊上运行就是并发

2）多线程程序在cpu多个核蕊上运行就是并行

并发是逻辑上的同时发生（simultaneous），而并行是物理上的同时发生。

并发：

 

并行：

 3.用户空间线程和内核空间线程之间的映射关系 

N:1,   1:1和   M:N

N:1是说，多个（N）用户线程始终在一个内核线程上跑，context上下文切换确实很快，可是没法真正的利用多核。

1：1是说，一个用户线程就只在一个内核线程上跑，这时能够利用多核，可是上下文switch很慢。

M:N是说， 多个goroutine在多个内核线程上跑，这个看似能够集齐上面二者的优点，可是无疑增长了调度的难度。

4.go的调度器

go 的高度器的内部结构：M P G

 

 

M:表明真正的内核OS线程，和POSIX里的thread差很少，真正干活的人
G:表明一个goroutine，它有本身的栈，instruction pointer和其余信息（正在等待的channel等等），用于调度。
P:表明调度的上下文，能够把它看作一个局部的调度器，使go代码在一个线程上跑，它是实现从N:1到N:M映射的关键。

 

图中看，有2个物理线程M，每个M都拥有一个context（P），每个也都有一个正在运行的goroutine。

P的数量能够经过GOMAXPROCS()来设置，它其实也就表明了真正的并发度，即有多少个goroutine能够同时运行。

图中灰色的那些goroutine并无运行，而是出于ready的就绪态，正在等待被调度。P维护着这个队列（称之为runqueue），

Go语言里，启动一个goroutine很容易：go function 就行，因此每有一个go语句被执行，runqueue队列就在其末尾加入一个
goroutine，在下一个调度点，就从runqueue中取出（如何决定取哪一个goroutine？）一个goroutine执行。

 

为什么要维护多个上下文P？由于当一个OS线程被阻塞时，P能够转而投奔另外一个OS线程！
图中看到，当一个OS线程M0陷入阻塞时，P转而在OS线程M1上运行。调度器保证有足够的线程来运行因此的context P。

图中的M1多是被建立，或者从线程缓存中取出。

 

当MO返回时，它必须尝试取得一个context P来运行goroutine，通常状况下，它会从其余的OS线程那里steal偷一个context过来，
若是没有偷到的话，它就把goroutine放在一个global runqueue里，而后本身就去睡大觉了（放入线程缓存里）。Contexts们也会周期性的检查global runqueue，不然global runqueue上的goroutine永远没法执行。

 

另外一种状况是P所分配的任务G很快就执行完了（分配不均），这就致使了一个上下文P闲着没事儿干而系统却任然忙碌。可是若是global runqueue没有任务G了，那么P就不得不从其余的上下文P那里拿一些G来执行。通常来讲，若是上下文P从其余的上下文P那里要偷一个任务的话，通常就‘偷’run queue的一半，这就确保了每一个OS线程都能充分的使用。

参考：https://www.zhihu.com/question/20862617