golang调度原理

### golang调度原理 在现代操作系统中，进程是操作系统进行任务管理的基本单位。在多任务系统中，操作系统需要合理地分配资源和时间片给各个进程，以便提高系统的利用率和响应速度。golang作为一门支持并发编程的语言，其调度器就是负责协调和管理协程（coroutine）执行的重要组成部分。 #### 协程 在传统的多线程编程中，线程是最小的执行单位，每个线程都有自己的调用栈和寄存器等信息。而协程则是轻量级的线程，它可以在单个线程中同时存在多个协程，每个协程都有自己的栈空间和寄存器。与传统的线程相比，协程具有以下优点： - 协程的创建和销毁开销小； - 协程之间切换开销小； - 协程的调度更加灵活。 golang中的协程称为goroutine，它由go关键字启动，通过runtime包来实现对协程的管理。 #### 调度器 golang的调度器是一个运行时组件，负责协程的创建、销毁、调度和管理。调度器决定了哪些协程可以运行以及运行的顺序。 - 创建协程：调度器可以通过go关键字创建协程，当遇到go关键字时，调度器会分配一个协程来执行对应的函数。 - 销毁协程：协程运行完毕后会自动被销毁，释放其占用的资源。 #### 调度算法 调度器的核心是调度算法，它决定了哪个协程可被执行以及执行的顺序。golang调度器采用了一种基于工作窃取（work stealing）的抢占式调度算法。 - 工作窃取：每个线程都有一个维护协程队列，当一个线程的队列中没有可执行的协程时，它可以从其他线程的队列中偷取一个协程继续执行。这样可以更充分地利用系统资源，提高并发执行效率。 - 抢占式调度：golang调度器具有抢占式的特性，即一个协程可能在任何时候被系统强制停止执行，并切换到其他协程上。这意味着没有一个协程可以长时间独占CPU资源，从而保障了其他协程的正常执行。 #### 上下文切换 上下文切换是指从一个任务切换到另一个任务时，保存当前任务的状态和加载另一个任务的状态的过程。上下文切换会涉及到一系列的操作，如保存和恢复寄存器、堆栈和程序计数器等信息。 golang调度器通过协程的上下文切换来实现并发执行。当一个协程碰到系统调用、阻塞或时间片耗尽等情况时，就会触发上下文切换，将当前协程的状态保存起来，然后切换到其他协程执行。这个过程是在调度器的控制下进行的。 #### GMP模型 golang调度器的核心组件是G（goroutine）、M（machine）和P（processor）。它们之间的关系是： - G：代表一个协程，具有独立的栈空间和执行状态； - M：代表一个内核线程，它负责执行协程； - P：代表着M获取CPU时间片的权限，每个M都对应一个P； - M和P之间是一对一的关系，即每个M都有对应的P。 golang调度器通过GMP模型来管理协程的创建和执行。当一个新的协程被启动时，调度器会选择一个空闲的M来执行该协程。如果当前的M中所有的协程都处于阻塞状态，调度器会创建并初始化一个新的M来执行协程。 #### 总结 golang调度器是golang并发编程的关键组件，它通过协程和调度算法来实现对协程的管理和调度。调度器的核心是GMP模型，通过管理M和P来实现协程的创建和执行。上下文切换是实现协程并发执行的重要机制，通过它可以实现协程之间的切换和任务的调度。golang调度器的特点是高效灵活，可以更好地利用系统资源，提高程序的效率。 尽管调度器在背后默默地工作着，但了解其工作原理对于理解并发编程和优化系统性能非常重要。因此，开发者在使用golang进行并发编程时应该了解调度器的基本原理和机制，以便更好地设计和优化自己的程序。