go語言的gc有微軟參與 go 語言原本

Golang什么時候會觸發(fā)GC

Golang采用了三色標(biāo)記法來進行垃圾回收，那么在什么場景下會觸發(fā)這個回收動作呢？

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源碼主要位于文件 src/runtime/mgc.go go version 1.16

觸發(fā)條件從大方面說，可分為 手動觸發(fā) 和 系統(tǒng)觸發(fā) 兩種方式。手動觸發(fā)一般很少用，主要由開發(fā)者通過調(diào)用 runtime.GC() 函數(shù)來實現(xiàn)，而對于系統(tǒng)自動觸發(fā)是 運行時 根據(jù)一些條件判斷來進行的，這也正是本文要介紹的內(nèi)容。

不管哪種觸發(fā)方式，底層回收機制是一樣的，所以我們先看一下手動觸發(fā)，根據(jù)它來找系統(tǒng)觸發(fā)的條件。

可以看到開始執(zhí)行GC的是 gcStart() 函數(shù)，它有一個 gcTrigger 參數(shù)，是一個觸發(fā)條件結(jié)構(gòu)體，它的結(jié)構(gòu)體也很簡單。

其實在Golang 內(nèi)部所有的GC都是通過 gcStart() 函數(shù)，然后指定一個 gcTrigger 的參數(shù)來開始的，而手動觸發(fā)指定的條件值為 gcTriggerCycle 。 gcStart 是一個很復(fù)雜的函數(shù)，有興趣的可以看一下源碼實現(xiàn)。

對于 kind 的值有三種，分別為 gcTriggerHeap 、 gcTriggerTime 和 gcTriggerCycle 。

運行時會通過 gcTrigger.test() 函數(shù)來決定是否需要觸發(fā)GC，只要滿足上面基中一個即可。

到此我們基本明白了這三種觸發(fā)GC的條件，那么對于系統(tǒng)自動觸發(fā)這種，Golang 從一個程序的開始到運行，它又是如何一步一步監(jiān)控到這個條件的呢？

其實 runtime 在程序啟動時，會在一個初始化函數(shù) init() 里啟用一個 forcegchelper() 函數(shù)，這個函數(shù)位于 proc.go 文件。

為了減少系統(tǒng)資源占用，在 forcegchelper 函數(shù)里會通過 goparkunlock() 函數(shù)主動讓自己陷入休眠，以后由 sysmon() 監(jiān)控線程根據(jù)條件來恢復(fù)這個gc goroutine。

可以看到 sysmon() 會在一個 for 語句里一直判斷這個 gcTriggerTime 這個條件是否滿足，如果滿足的話，會將 forcegc.g 這個 goroutine 添加到全局隊列里進行調(diào)度(這里 forcegc 是一個全局變量)。

調(diào)度器在調(diào)度循環(huán) runtime.schedule 中還可以通過垃圾收集控制器的 runtime.gcControllerState.findRunnabledGCWorker 獲取并執(zhí)行用于后臺標(biāo)記的任務(wù)。

Golang 1.14中內(nèi)存分配、清掃和內(nèi)存回收

Golang的內(nèi)存分配是由golang runtime完成，其內(nèi)存分配方案借鑒自tcmalloc。

主要特點就是

本文中的element指一定大小的內(nèi)存塊是內(nèi)存分配的概念，并為出現(xiàn)在golang runtime源碼中

本文講述x8664架構(gòu)下的內(nèi)存分配

Golang 內(nèi)存分配有下面幾個主要結(jié)構(gòu)

Tiny對象是指內(nèi)存尺寸小于16B的對象，這類對象的分配使用mcache的tiny區(qū)域進行分配。當(dāng)tiny區(qū)域空間耗盡時刻，它會從mcache.alloc[tinySpanClass]指向的mspan中找到空閑的區(qū)域。當(dāng)然如果mcache中span空間也耗盡，它會觸發(fā)從mcentral補充mspan到mcache的流程。

小對象是指對象尺寸在（16B，32KB]之間的對象，這類對象的分配原則是：

1、首先根據(jù)對象尺寸將對象歸為某個SpanClass上，這個SpanClass上所有的element都是一個統(tǒng)一的尺寸。

2、從mcache.alloc[SpanClass]找到mspan，看看有無空閑的element，如果有分配成功。如果沒有繼續(xù)。

3、從mcentral.allocSpan[SpanClass]的nonempty和emtpy中找到合適的mspan，返回給mcache。如果沒有找到就進入mcentral.grow()—mheap.alloc()分配新的mspan給mcentral。

大對象指尺寸超出32KB的對象，此時直接從mheap中分配，不會走mcache和mcentral，直接走mheap.alloc()分配一個SpanClass==0 的mspan表示這部分分配空間。

對于程序分配常用的tiny和小對象的分配，可以通過無鎖的mcache提升分配性能。mcache不足時刻會拿mcentral的鎖，然后從mcentral中充mspan 給mcache。大對象直接從mheap 中分配。

在x8664環(huán)境上，golang管理的有效的程序虛擬地址空間實質(zhì)上只有48位。在mheap中有一個pages pageAlloc成員用于管理golang堆內(nèi)存的地址空間。golang從os中申請地址空間給自己管理，地址空間申請下來以后，golang會將地址空間根據(jù)實際使用情況標(biāo)記為free或者alloc。如果地址空間被分配給mspan或大對象后，那么被標(biāo)記為alloc，反之就是free。

Golang認為地址空間有以下4種狀態(tài)：

Golang同時定義了下面幾個地址空間操作函數(shù)：

在mheap結(jié)構(gòu)中，有一個名為pages成員，它用于golang 堆使用虛擬地址空間進行管理。其類型為pageAlloc

pageAlloc 結(jié)構(gòu)表示的golang 堆的所有地址空間。其中最重要的成員有兩個：

在golang的gc流程中會將未使用的對象標(biāo)記為未使用，但是這些對象所使用的地址空間并未交還給os。地址空間的申請和釋放都是以golang的page為單位（實際以chunk為單位）進行的。sweep的最終結(jié)果只是將某個地址空間標(biāo)記可被分配，并未真正釋放地址空間給os，真正釋放是后文的scavenge過程。

在gc mark結(jié)束以后會使用sweep()去嘗試free一個span；在mheap.alloc 申請mspan時刻，也使用sweep去清掃一下。

清掃mspan主要涉及到下面函數(shù)

如上節(jié)所述，sweep只是將page標(biāo)記為可分配，但是并未把地址空間釋放；真正的地址空間釋放是scavenge過程。

真正的scavenge是由pageAlloc.scavenge()—sysUnused()將掃描到待釋放的chunk所表示的地址空間釋放掉（使用sysUnused()將地址空間還給os）

golang的scavenge過程有兩種：

Go GC 簡介

GC 與 mutator 線程并發(fā)運行，允許多個 GC 線程并行運行

GC 是一個使用寫屏障的并發(fā)標(biāo)記和清除。

GC 是非分代的，非緊湊的。

Allocation 是按照大小隔離每個 P 分配的區(qū)域來完成的，以在消除常見情況下的鎖的同時，最小化碎片。

了解 GC 的好地方，可以從 Richard Jones 的 gchandbook.org 開始。

1. GC 執(zhí)行清除終止

? a. Stop the world ，這將導(dǎo)致所有 P 達到 GC 安全點。

? b. 清除任何未清除過的 spans ，只有在預(yù)期時間之前強制執(zhí)行此 GC 周期時，才會有未清除的 span 。

2. GC 執(zhí)行標(biāo)記階段

? a.?? 準(zhǔn)備標(biāo)記階段，將 gcphase 設(shè)置為 _GCmark （從 _GCoff 開始），啟用寫屏障，啟用 mutator assist ，并對根標(biāo)記作業(yè)進行排隊。

在所有 P 都啟用寫屏障之前，不會掃描任何對象，這是使用 STW 完成的。

? ?b. Start the world ，從現(xiàn)在開始，GC 工作由調(diào)度器啟動的 標(biāo)記worker 和作 為 allocation 的一部分執(zhí)行的 assists 來完成。

寫屏障將覆寫的指針和任何指針寫的新指針值都著色。

新分配的對象立即被標(biāo)記為黑色。

? c.?? GC 執(zhí)行根標(biāo)記作業(yè)。包括： 掃描所有棧 ， 著色所有全局變量 ，以及 著色堆外運行時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的任何堆指針 。

掃描棧會停止goroutine，對goroutine棧中找到的任何指針進行著色，然后恢復(fù)goroutine。

? ? d.?? GC 耗盡灰色對象的工作隊列，將每個 灰色 對象掃描為 黑色 ，并對在該對象中找到的所有指針進行著色（反過來可能會將這些指針添加到工作隊列中）。

? ?e.?? 由于 GC work 分散在本地緩存中，因此 GC 使用 分布式終止算法 來檢測何時不再有根標(biāo)記作業(yè)或灰色對象（參見 gcMarkDone 函數(shù)）。

此時，GC 狀態(tài)轉(zhuǎn)換到標(biāo)記終止（ gcMarkTermination ）。

3. GC 執(zhí)行標(biāo)記終止 gcMarkTermination

? a. Stop the world

? b. 將 gcphase 設(shè)置為 _GCmarktermination ，并禁用 workers 和 assists。

? c. 進行內(nèi)務(wù)整理，如 flushing mcaches

4. GC 執(zhí)行清除階段

? ?a. 準(zhǔn)備清除階段，將 gcphase 設(shè)置為 _GCoff ，設(shè)置清除狀態(tài)并禁用寫屏障。

? b. Start the world ，從現(xiàn)在開始，新分配的對象是白色的，如有必要，在使用 spans 前 allocating 清除 spans 。

? ?c. GC 在后臺進行 并發(fā)清除 并響應(yīng) allocation ，見下面的描述。

5. 當(dāng)分配足夠時，重復(fù)上面 1 開始的步驟，參見下面關(guān)于 GC rate 的討論。

清除階段與正常程序執(zhí)行并發(fā)進行。

在后臺 goroutine 中，堆被惰性（當(dāng) goroutine 需要另一個 span 時）且并發(fā)地逐個 span 掃描（這有助于不是 CPU bound 的程序）。

在 STW 標(biāo)記終止 的結(jié)尾，所有的 span 都被標(biāo)記為 需要清除 。

后臺清除器 goroutine 簡單地逐個清除 span 。

為了避免在存在未清除的 span 時請求更多的 OS內(nèi)存 ，當(dāng) goroutine 需要另一個 span 時，它首先嘗試通過清除來回收這些內(nèi)存。

當(dāng) goroutine 需要分配一個新的 小對象span 時，它會清除相同大小的小對象 span ，直到釋放至少一個對象為止。

當(dāng) goroutine 需要從堆中分配 大對象span 時，它會清除 span ，直到將至少那么多頁面釋放到堆中。

有一種情況，這可能是不夠的：如果 goroutine 清除并釋放兩個不相鄰的 單頁span 到堆中，那么它將分配一個新的 雙頁span ，但是仍然可以有其他 單頁未清除的span ，可以組合成 雙頁的span 。

確保在未清除的 span 上不進行任何操作（這會破壞 GC 位圖中的標(biāo)記位）至關(guān)重要。

在 GC 期間，所有 mcache 都被刷新到 中央緩存 中，因此它們是空的。

當(dāng)一個 goroutine 抓取一個新的 span 到 mcache 時， goroutine 會清除 mcache 。

當(dāng) goroutine 顯式釋放對象或設(shè)置 finalizer 時，goroutine 確保 span 已經(jīng)清除（通過清除或者等待并發(fā)清除完成）。

finalizer goroutine 僅在所有 span 已經(jīng)清除時才開始。

當(dāng)下一次 GC 啟動時，它將清除所有尚未清除的 span （如果有的話）。

下一次 GC 是在我們分配了與已經(jīng)使用的內(nèi)存成正比的額外內(nèi)存量之后。

該比例由 GOGC 環(huán)境變量控制（默認為 100 ）。

如果 GOGC=100 ，而我們使用的是 4M ，那么當(dāng)達到 8M 時，我們將再次進行 GC（此標(biāo)記在 next_gc 變量中被跟蹤）。

獲取 GOGC ：

這使得 GC成本 與 allocation 成本 成線性比例。

調(diào)整 GOGC 只會改變線性常量（以及使用的額外內(nèi)存量）。

為了防止在掃描大型對象時出現(xiàn)長時間的暫停，并提高并行性，垃圾收集器將大于 maxObletBytes 的對象的掃描作業(yè)分解為最多 maxObletBytes 的 oblets 。

當(dāng)掃描遇到大對象時，它只掃描第一個 oblet ，并將其余 oblets 作為新的掃描作業(yè)排隊。

go的垃圾回收算法

從Gov1.12版本開始，Go使用了非分代的、并發(fā)的、基于三色標(biāo)記清除的垃圾回收器。

關(guān)于垃圾回收，比較常見的算法有引用計數(shù)、標(biāo)記清除和分代收集，Golang語言使用的垃圾回收算法是標(biāo)記清除。

Golang語言的標(biāo)記清除垃圾回收算法，為了防止GC掃描時內(nèi)存變化引起的混亂。那么就需要 STW，即Stop The World。具體在Golang語言中是指，在GC時先停止所有g(shù)oroutine。再進行垃圾回收，等待垃圾回收結(jié)束后再恢復(fù)所有被停止的goroutine。

標(biāo)記清除方法

啟動STW，暫停程序的業(yè)務(wù)邏輯，找出不可達對象和可達對象。

將所有可達對象做標(biāo)記，清除未標(biāo)記的對象。停止STW，程序繼續(xù)執(zhí)行。循環(huán)往復(fù)，直到進程程序生命周期結(jié)束。因為STW需要暫停程序，為了減少暫停程序的時間。將清除操作移出 STW執(zhí)行周期，但是優(yōu)化效果不明顯。

所謂三色標(biāo)記，實際上只是為了方便敘述而抽象出來的一種說法，三色對應(yīng)垃圾回收過程中對象的三種狀態(tài)。白色是對象未被標(biāo)記，gcmarkBits對應(yīng)位為0，該對象將會在本次GC中被清理?；疑菍ο筮€在標(biāo)記隊列中等待被標(biāo)記，黑色是對象已被標(biāo)記，gcmarkBits對應(yīng)位為0，該對象將會在本次 GC中被回收。

網(wǎng)站標(biāo)題：go語言的gc有微軟參與 go 語言原本
轉(zhuǎn)載來于：http://muchs.cn/article32/doedepc.html

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