golang 调度源码

引言 Go语言是一门简洁、高效、并发安全的编程语言，在其源码中具有一个强大的调度器（Scheduler）来管理协程（Goroutine）的并发执行。本文将重点介绍Go调度器的源码，帮助读者更好地理解其内部机制。

什么是调度器

调度器是操作系统或虚拟机的一个重要组成部分，用于协调多个执行实体（如线程、进程或协程）的资源分配和调度。在Go语言中，调度器主要负责将一组协程分配给可用的物理线程，并在运行时动态地管理它们的执行。

Go语言调度器采用的是一个M:N的模型，其中M代表操作系统的内核线程（Machine），N代表用户层的协程（Goroutine）。调度器通过将N个协程映射到M个内核线程上，实现并发执行。

调度器的运行机制

调度器的运行机制可以分为三个主要阶段：G、P、M。

1. G（Goroutine）：G表示一个独立的协程，每个协程都包含了执行的函数、栈以及其他必要的元数据。调度器会创建和销毁协程，并负责在不同的线程之间进行切换。

2. P（Processor）：P代表内核线程，它是调度器的执行单元。调度器会将多个协程分配给可用的P，由P负责协程的执行。每个P都有一个队列，用于保存待执行的协程。

3. M（Machine）：M代表操作系统的内核线程，它负责创建和销毁用户层的协程。调度器会将协程绑定到M上，并将它们调度到可用的P上执行。

调度器的实现

Go语言调度器的源码实现位于`runtime`包下的`proc.go`文件中。在该文件中，有一系列重要的函数，如`schedule`、`mstart`和`findrunnable`等，它们共同构成了调度器的核心逻辑。

1. `schedule`函数：这个函数是调度器的主要入口，它负责根据当前的系统状态选择合适的M和P来执行协程。其中的一次调度过程包括找到可运行的协程和将它们分配给M。

2. `mstart`函数：这个函数表示M的执行起点，它负责从全局队列中取出待执行的协程，并将其绑定到当前的M上。具体而言，`mstart`会调用`findrunnable`函数来查找可运行的协程。

3. `findrunnable`函数：这个函数会从各个P的队列中查找可运行的协程。当一个协程完成执行或被阻塞时，它会被放入某个P的队列中待执行。

调度策略

调度器在决定将协程分配给哪个M时，会采取一些策略来平衡负载和提高性能。

1. Work Stealing：当某个P的队列为空时，它有权限从其他的P中窃取带执行的协程。这个策略保证了协程的平衡分布，避免了某个P积压太多任务。

2. Global Queue：在全局的队列中，有一些长时间未执行的协程。当一个M没有可以执行的协程时，它会从全局队列中获取一个待执行的协程，避免浪费CPU资源。

3. Preemptive Scheduling：Go调度器是基于抢占式的调度模型。当一个协程执行时间过长或发生阻塞时，调度器会将它从当前的M上抢占，并重新分配给其他的M执行，确保协程的公平性。

调度器的性能调优

Go调度器的性能是非常重要的，针对不同的应用场景和需求，可以进行一些调优来提升性能。

1. 设置GOMAXPROCS：通过设置环境变量`GOMAXPROCS`的值，可以调整Go程序并发执行时的最大线程数。根据实际机器的CPU核数和应用的特点，合理配置`GOMAXPROCS`可以避免过多的线程竞争，提高性能。

2. 减少锁使用：在多个协程之间共享数据时，合理使用锁可以避免数据竞争。但是过多的锁使用可能会降低性能，因此需要在保证数据安全的前提下，尽量减少锁的使用。

3. 系统调用优化：调度器会在系统调用时挂起当前的M，并将其余调度给其他待运行的协程。尽量减少系统调用的频率和时间，可以减少调度器的开销和延迟，提高性能。

总结

通过本文的介绍，我们了解了Go调度器的源码结构和运行机制。调度器作为Go语言并发编程的核心部分，它精妙地利用M:N模型实现高效的协程调度。深入理解调度器的工作原理和调优策略，可以帮助开发者更好地利用好Go并发特性，提高程序的性能和稳定性。

参考资料：

[1] Go source code - runtime/proc.go

[2] The Go Programming Language - Alan A. A. Donovan, Brian W. Kernighan

[3] Inside the Go Playground: Building Scalable Systems - Google Cloud