浅谈Golang调度设计
Go语言的一大特色是他的并发设计，低成本的Goroutine使Go的并发处理变得更容易。对于开发者来说，由于runtime将Goroutine的创建、销毁、执行、等待都囊括了，所以我们并不需要关注太多。但是了解Goroutine的调度可以帮助我们设计出更好的程序。
GMP模型
首先先介绍一下GMP模型的概念：
G
G也就是也就是goroutine，G存储了M执行的上下文在他的stack上，因为程序指令执行的位置（Program Counter）和指令的栈指针（Stack Pointer）被保护在G上，所以M可以很容易的切换G的执行上下文。在执行协程时，所有调度的代码都会被拷贝到G的执行栈上。换句话说，线程栈被G实现了而不是OS线程。它的常见状态如下：
| 状态 | 值 | 释义 |
|---|---|---|
| _Ginit | 0 | 表示该G才被创建出来还没被初始化 |
| _Grunnable | 1 | 表示该G处在可运行的状态，此时它不持有栈，它正处于本地队列 / 全局队列中 |
| _Grunning | 2 | 表示该G正在执行，此时它必有一个关联的P和执行它的M |
| _Gsyscall | 3 | 该G正在执行系统调用，此时它被分配了一个M |
| _Gwaiting | 4 | 该G被runtime阻塞，它需要被记录，以备后续通过ready方法来唤醒，只有在等待chan时它才拥有栈，其他情况它的栈可能会被销毁 |
| _Gdead | 6 | 表示该G已经不用了 |
| _Gpreempted | 9 | 表示G由于suspendG抢占而暂停了自己，和_Gwait不同的是，不一定需要唤醒它 |
| _GScan | 0x1000 | 表示G的栈正在被扫描 |
G0：G0会在每个M创建时被创建，M会在调度和系统调用时使用G0的栈，所以G0的栈也就是M的栈
P
p即processor，goroutine执行代码时需要在M上执行，且M需要绑定一个P才能执行代码。当然，M也可能被阻塞在系统调用中（此时并没有关联的P），单个P最大存储256个G。它的常见状态如下：
| 状态 | 值 | 释义 |
|---|---|---|
| _Pidle | 0 | 表示该P没有执行用户代码，该P被维护在idle list上 |
| _Prunning | 1 | 表示该P被维护在M上，正在执行用户代码或者调度器。只有拥有该P的M可以改变P的状态。 |
| _Psyscall | 2 | 表示P所关联的M产生了系统调用，此时P可能被偷走或者夺回 |
| _Pgcstop | 3 | 表示P因为GC导致停止 |
| _Pdead | 4 | 表示P不再被使用了（GOMAXPROCS缩小），当GOMAXPROCS扩大时会被重用 |
状态转移图如下：
M
M也就是Machine，代表内核线程。操作系统调度器会将内核线程放到cpu核心上执行。
M0: 用来执行初始化操作并启动第一个G，操作后将和普通的M没有区别
调度
我们知道对于一个M来说他会持有一个P来做G的代码执行。那么对于P来说，它是如何执行他所持有的G呢，是顺序执行还是随机执行？又如何保证每个G都有被调度的机会呢？这些问题都涉及到了P具体调度G的细节。下面我们就来详细介绍一下具体的执行过程（具体的代码可以参见go 1.16.5的runtime/proc.go:3095的schedule方法）：
- 检查M状态：首先如果M有锁或者正在执行cgo代码，则会crash程序。在没锁的情况下，如果有被锁在此M上的G则执行该G。
- GC相关：如果发现程序的gcwaiting不为0，说明GC希望STW，所以此时M会被停止。如果safepoint被置为1，那么我们可以执行safepointfunc。并且我们需要检查gcBlackenEnabled是否为0，如果是代表需要mutator帮助标记对象，所以我们从本地队列拿标记的G出来。
- 在本地队列和全局队列寻找：此时如果仍没有获得G，我们会首先检查调度次数是否为61的倍数，如果是且全局队列不为空就将先从全局队列里拿G。其次我们将尝试从本地队列里获取G。如果依然没有获得G，则我们不断的重复以下动作：
- 如果发现程序的gcwaiting不为0，说明GC希望STW，所以此时M会被停止。如果safepoint被置为1，那么我们可以执行safepointfunc。
- 从本地队列拿G
- 从全局队列拿G（需要全局队列的锁）
- 获取已经成功建立netpoll的协程列表，并返回该列表的第一个G。如果当前有P，那么则将剩余的G列表给每个空闲的P分一个，当前的P保留剩余的。否则将剩余的G放入全局队列。
- 最后我们一共尝试4次从其他非空闲P里偷G（一次偷一半）
- 最后我们解除该M的自旋状态（因为此时必然已经拿到一个G）
可以看到整体的调度逻辑除了check逻辑外，更多的是围绕P的本地队列和全局队列。如下图所示：
一些感想
对于Go而言，GMP的设计帮助我们扩展了程序的并发，减少了线程切换的开销（线程大小为1M，而协程为2k）。线程在切换时，需要进入内核态。且对于线程来说，共享内存也没有协程这么方便。因此，合理的利用协程将使程序的效率大大的提升。当然，是在我们对它了如指掌的时候～