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【golang詳解】go語言GMP(GPM)原理和調(diào)度

Goroutine調(diào)度是一個很復(fù)雜的機制，下面嘗試用簡單的語言描述一下Goroutine調(diào)度機制，想要對其有更深入的了解可以去研讀一下源碼。

創(chuàng)新互聯(lián)建站服務(wù)項目包括環(huán)縣網(wǎng)站建設(shè)、環(huán)縣網(wǎng)站制作、環(huán)縣網(wǎng)頁制作以及環(huán)縣網(wǎng)絡(luò)營銷策劃等。多年來，我們專注于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，利用自身積累的技術(shù)優(yōu)勢、行業(yè)經(jīng)驗、深度合作伙伴關(guān)系等，向廣大中小型企業(yè)、政府機構(gòu)等提供互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的解決方案，環(huán)縣網(wǎng)站推廣取得了明顯的社會效益與經(jīng)濟效益。目前，我們服務(wù)的客戶以成都為中心已經(jīng)輻射到環(huán)縣省份的部分城市，未來相信會繼續(xù)擴大服務(wù)區(qū)域并繼續(xù)獲得客戶的支持與信任！

首先介紹一下GMP什么意思：

G ----------- goroutine: 即Go協(xié)程，每個go關(guān)鍵字都會創(chuàng)建一個協(xié)程。

M ---------- thread內(nèi)核級線程，所有的G都要放在M上才能運行。

P ----------- processor處理器，調(diào)度G到M上，其維護了一個隊列，存儲了所有需要它來調(diào)度的G。

Goroutine 調(diào)度器P和 OS 調(diào)度器是通過 M 結(jié)合起來的，每個 M 都代表了 1 個內(nèi)核線程，OS 調(diào)度器負責(zé)把內(nèi)核線程分配到 CPU 的核上執(zhí)行

模型圖：

避免頻繁的創(chuàng)建、銷毀線程，而是對線程的復(fù)用。

1）work stealing機制

當本線程無可運行的G時，嘗試從其他線程綁定的P偷取G，而不是銷毀線程。

2）hand off機制

當本線程M0因為G0進行系統(tǒng)調(diào)用阻塞時，線程釋放綁定的P，把P轉(zhuǎn)移給其他空閑的線程執(zhí)行。進而某個空閑的M1獲取P，繼續(xù)執(zhí)行P隊列中剩下的G。而M0由于陷入系統(tǒng)調(diào)用而進被阻塞，M1接替M0的工作，只要P不空閑，就可以保證充分利用CPU。M1的來源有可能是M的緩存池，也可能是新建的。當G0系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束后，根據(jù)M0是否能獲取到P，將會將G0做不同的處理：

如果有空閑的P，則獲取一個P，繼續(xù)執(zhí)行G0。

如果沒有空閑的P，則將G0放入全局隊列，等待被其他的P調(diào)度。然后M0將進入緩存池睡眠。

如下圖

GOMAXPROCS設(shè)置P的數(shù)量，最多有GOMAXPROCS個線程分布在多個CPU上同時運行

在Go中一個goroutine最多占用CPU 10ms，防止其他goroutine被餓死。

具體可以去看另一篇文章

【Golang詳解】go語言調(diào)度機制搶占式調(diào)度

當創(chuàng)建一個新的G之后優(yōu)先加入本地隊列，如果本地隊列滿了，會將本地隊列的G移動到全局隊列里面，當M執(zhí)行work stealing從其他P偷不到G時，它可以從全局G隊列獲取G。

協(xié)程經(jīng)歷過程

我們創(chuàng)建一個協(xié)程 go func()經(jīng)歷過程如下圖：

說明：

這里有兩個存儲G的隊列，一個是局部調(diào)度器P的本地隊列、一個是全局G隊列。新創(chuàng)建的G會先保存在P的本地隊列中，如果P的本地隊列已經(jīng)滿了就會保存在全局的隊列中；處理器本地隊列是一個使用數(shù)組構(gòu)成的環(huán)形鏈表，它最多可以存儲 256 個待執(zhí)行任務(wù)。

G只能運行在M中，一個M必須持有一個P，M與P是1：1的關(guān)系。M會從P的本地隊列彈出一個可執(zhí)行狀態(tài)的G來執(zhí)行，如果P的本地隊列為空，就會想其他的MP組合偷取一個可執(zhí)行的G來執(zhí)行；

一個M調(diào)度G執(zhí)行的過程是一個循環(huán)機制；會一直從本地隊列或全局隊列中獲取G

上面說到P的個數(shù)默認等于CPU核數(shù)，每個M必須持有一個P才可以執(zhí)行G，一般情況下M的個數(shù)會略大于P的個數(shù)，這多出來的M將會在G產(chǎn)生系統(tǒng)調(diào)用時發(fā)揮作用。類似線程池，Go也提供一個M的池子，需要時從池子中獲取，用完放回池子，不夠用時就再創(chuàng)建一個。

work-stealing調(diào)度算法：當M執(zhí)行完了當前P的本地隊列隊列里的所有G后，P也不會就這么在那躺尸啥都不干，它會先嘗試從全局隊列隊列尋找G來執(zhí)行，如果全局隊列為空，它會隨機挑選另外一個P，從它的隊列里中拿走一半的G到自己的隊列中執(zhí)行。

如果一切正常，調(diào)度器會以上述的那種方式順暢地運行，但這個世界沒這么美好，總有意外發(fā)生，以下分析goroutine在兩種例外情況下的行為。

Go runtime會在下面的goroutine被阻塞的情況下運行另外一個goroutine：

用戶態(tài)阻塞/喚醒

當goroutine因為channel操作或者network I/O而阻塞時（實際上golang已經(jīng)用netpoller實現(xiàn)了goroutine網(wǎng)絡(luò)I/O阻塞不會導(dǎo)致M被阻塞，僅阻塞G，這里僅僅是舉個栗子），對應(yīng)的G會被放置到某個wait隊列(如channel的waitq)，該G的狀態(tài)由_Gruning變?yōu)開Gwaitting，而M會跳過該G嘗試獲取并執(zhí)行下一個G，如果此時沒有可運行的G供M運行，那么M將解綁P，并進入sleep狀態(tài)；當阻塞的G被另一端的G2喚醒時（比如channel的可讀/寫通知），G被標記為，嘗試加入G2所在P的runnext（runnext是線程下一個需要執(zhí)行的 Goroutine。），然后再是P的本地隊列和全局隊列。

系統(tǒng)調(diào)用阻塞

當M執(zhí)行某一個G時候如果發(fā)生了阻塞操作，M會阻塞，如果當前有一些G在執(zhí)行，調(diào)度器會把這個線程M從P中摘除，然后再創(chuàng)建一個新的操作系統(tǒng)的線程(如果有空閑的線程可用就復(fù)用空閑線程)來服務(wù)于這個P。當M系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束時候，這個G會嘗試獲取一個空閑的P執(zhí)行，并放入到這個P的本地隊列。如果獲取不到P，那么這個線程M變成休眠狀態(tài)，加入到空閑線程中，然后這個G會被放入全局隊列中。

隊列輪轉(zhuǎn)

可見每個P維護著一個包含G的隊列，不考慮G進入系統(tǒng)調(diào)用或IO操作的情況下，P周期性的將G調(diào)度到M中執(zhí)行，執(zhí)行一小段時間，將上下文保存下來，然后將G放到隊列尾部，然后從隊列中重新取出一個G進行調(diào)度。

除了每個P維護的G隊列以外，還有一個全局的隊列，每個P會周期性地查看全局隊列中是否有G待運行并將其調(diào)度到M中執(zhí)行，全局隊列中G的來源，主要有從系統(tǒng)調(diào)用中恢復(fù)的G。之所以P會周期性地查看全局隊列，也是為了防止全局隊列中的G被餓死。

M0是啟動程序后的編號為0的主線程，這個M對應(yīng)的實例會在全局變量rutime.m0中，不需要在heap上分配，M0負責(zé)執(zhí)行初始化操作和啟動第一個G，在之后M0就和其他的M一樣了

G0是每次啟動一個M都會第一個創(chuàng)建的goroutine，G0僅用于負責(zé)調(diào)度G，G0不指向任何可執(zhí)行的函數(shù)，每個M都會有一個自己的G0，在調(diào)度或系統(tǒng)調(diào)用時會使用G0的?？臻g，全局變量的G0是M0的G0

一個G由于調(diào)度被中斷，此后如何恢復(fù)？

中斷的時候?qū)⒓拇嫫骼锏臈Ｐ畔?，保存到自己的G對象里面。當再次輪到自己執(zhí)行時，將自己保存的棧信息復(fù)制到寄存器里面，這樣就接著上次之后運行了。

我這里只是根據(jù)自己的理解進行了簡單的介紹，想要詳細了解有關(guān)GMP的底層原理可以去看Go調(diào)度器 G-P-M 模型的設(shè)計者的文檔或直接看源碼

參考： ()

()

【原創(chuàng)】樹莓派3B開發(fā)Go語言（四）-自寫庫實現(xiàn)pwm輸出

在前一小節(jié)中介紹了點亮第一個LED燈，這里我們準備進階嘗試下，輸出第一段PWM波形。（PWM也就是脈寬調(diào)制，一種可調(diào)占空比的技術(shù)，得到的效果就是：如果用示波器測量引腳會發(fā)現(xiàn)有方波輸出，而且高電平、低電平的時間是可調(diào)的。）

這里爪爪熊準備寫成一個golang的庫，并開源到github上，后續(xù)更新將直接更新到github中，如果你有興趣可以和我聯(lián)系。 github.com/dpawsbear/bear_rpi_go

我在很多的教程中都看到說樹莓派的PWM（硬件）只有一個GPIO能夠輸出，就是 GPIO1 。這可是不小的打擊，因為我想使用至少四個 PWM ，還是不死心，想通過硬件手冊上找尋蛛絲馬跡，看看究竟怎么回事。

手冊上找尋東西稍等下講述，這里先提供一種方法測試樹莓派3B 的 PWM 方法：用指令控制硬件PWM。

這里通過指令的方式掌握了基本的pwm設(shè)置技巧，決定去翻一下手冊看看到底PWM怎么回事，這里因為沒有 BCM2837 的手冊，根據(jù)之前文章引用官網(wǎng)所說， BCM2835 和 BCM2837 應(yīng)該是一樣的。這里我們直接翻閱 BCM2835 的手冊，直接找到 PWM 章節(jié)。找到了如下圖：

圖中可以看到在博通的命名規(guī)則中 GPIO 12、13、18、19、40、41、45、52、53 均可以作為PWM輸出。但是只有兩路PWM0 PWM1。根據(jù)我之前所學(xué)知識，不出意外應(yīng)該是PWM0 和 PWM1可以輸出不一樣的占空比，但是頻率應(yīng)該是一樣的。因為沒有示波器，暫時不好測試。先找到下面對應(yīng)圖：

根據(jù)以上兩個圖對比可以發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：

對照上面的表可以看出從 BCM2837 中印出來的能夠使用在PWM上的就這幾個了。

為了驗證個人猜想是否正確，這里先直接使用指令的模式，模擬配置下是否能夠正常輸出。

通過上面一系列指令模擬發(fā)現(xiàn)，（GPIO1、GPIO26）、（GPIO23、GPIO24）是綁定在一起的，調(diào)節(jié)任意一個，另外一個也會發(fā)生變化。也即是PWM0、PWM1雖然輸出了兩路，可以理解成兩路其實都是連在一個輸出口上。這里由于沒有示波器或者邏輯分析儀這類設(shè)備（僅有一個LED燈），所以測試很簡陋，下一步是使用示波器這類東西對頻率以及信號穩(wěn)定性進行下測試。

小節(jié)：樹莓派具有四路硬件輸出PWM能力，但是四路中只能輸出兩個獨立（占空比獨立）的PWM，同時四路輸出的頻率均是恒定的。

上面大概了解清楚了樹莓派3B的PWM結(jié)構(gòu)，接下來就是探究如何使用Go語言進行設(shè)置。

因為拿到了手冊，這里我想直接操作寄存器的方式進行設(shè)置，也是順便學(xué)習(xí)下Go語言處理寄存器的過程。首先需要拿到pwm 系列寄存器的基地址，但是翻了一圈手冊，發(fā)現(xiàn)只有偏移，沒有找到基地址。

經(jīng)過了一段時間的努力后，決定寫一個樹莓派3B golang包開源放在github上，只需要寫相關(guān)程序進行調(diào)用就可以了，以下是相關(guān)demo（pwm）（在GPIO.12 上輸出PWM波，放上LED燈會有呼吸燈的效果，具體多少頻率還沒有進行測試）

以下是demo(pwm) 源碼

golang中級進階（二）：結(jié)構(gòu)體

一、結(jié)構(gòu)體詳解

1. 結(jié)構(gòu)體定義

2. 實例化結(jié)構(gòu)體的7種方法

二、結(jié)構(gòu)體方法

1. 結(jié)構(gòu)體的方法定義

2. 結(jié)構(gòu)體內(nèi)自定義方法的引用

3. 任意類型添加方法

三、嵌套、繼承

1. 匿名結(jié)構(gòu)體

2. 結(jié)構(gòu)體中可以定義任意類型的字段

3. 結(jié)構(gòu)體嵌套結(jié)構(gòu)體

4. 結(jié)構(gòu)體嵌套匿名結(jié)構(gòu)體

5. 結(jié)構(gòu)體嵌套多個匿名結(jié)構(gòu)體

6. 結(jié)構(gòu)體繼承

四、結(jié)構(gòu)體和JSON相互轉(zhuǎn)換

1. 結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)化成json

2. json轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)體

3. 結(jié)構(gòu)體標簽 tag

4. 嵌套結(jié)構(gòu)體和json的序列化反序列化

Golang 中沒有“類”的概念，Golang 中的結(jié)構(gòu)體和其他語言中的類有點相似。和其他面向?qū)?象語言中的類相比，Golang 中的結(jié)構(gòu)體具有更高的擴展性和靈活性。

Golang 中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型可以表示一些事物的基本屬性，但是當我們想表達一個事物的全部或部分屬性時，這時候再用單一的基本數(shù)據(jù)類型就無法滿足需求了，Golang 提供了一種自定義數(shù)據(jù)類型，可以封裝多個基本數(shù)據(jù)類型，這種數(shù)據(jù)類型叫結(jié)構(gòu)體，英文名稱 struct。也就是我們可以通過 struct 來定義自己的類型了。

使用 type 和 struct 關(guān)鍵字來定義結(jié)構(gòu)體，具體代碼格式如下：

type 類型名 struct {

字段名字段類型

字段名字段類型 …

}

其中：

? 類型名：表示自定義結(jié)構(gòu)體的名稱，在同一個包內(nèi)不能重復(fù)。

? 字段名：表示結(jié)構(gòu)體字段名。結(jié)構(gòu)體中的字段名必須唯一。

? 字段類型：表示結(jié)構(gòu)體字段的具體類型。

在 go 語言中，沒有類的概念但是可以給類型（結(jié)構(gòu)體，自定義類型）定義方法。所謂方法就是定義了接收者的函數(shù)。接收者的概念就類似于其他語言中的 this 或者 self。

方法的定義格式如下：

func (接收者變量接收者類型) 方法名(參數(shù)列表) (返回參數(shù)) {

函數(shù)體

}

注意：想改變結(jié)構(gòu)體內(nèi)的值，必須先變成指針。

在 Go 語言中，接收者的類型可以是任何類型，不僅僅是結(jié)構(gòu)體，任何類型都可以擁有方法。舉個例子，我們基于內(nèi)置的 int 類型使用 type 關(guān)鍵字可以定義新的自定義類型，然后為我們的自定義類型添加方法。

注意：匿名結(jié)構(gòu)體中不允許出現(xiàn)多個重復(fù)的類型

注意：如果結(jié)構(gòu)體里面有私有屬性也就是小寫定義的字段，則不會被json使用

網(wǎng)頁標題：go語言進階路線圖 go語言入門教程
新聞來源：http://muchs.cn/article48/hheohp.html

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