8月更文挑战|小白级理解Golang的GMP模型

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这是我参与8月更文挑战的第3天,活动详情查看:8月更文挑战

常见的线程模型

  • 单线程服务器编程模型:Redis、Node.、JavaScript
  • 多线程服务器编程模型:并发多个线程,每条线程并行执行不同的任务
  • 主从多线程模式:两个线程池

专有名称说明

内核线程(Kernel-Level Thread ,KLT) 轻量级进程(Light Weight Process,LWP):轻量级进程就是我们通常意义上所讲的线程,由于每个轻量级进程都由一个内核线程支持,因此只有先支持内核线程,才能有轻量级进程

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三种线程模型

  • 一对一模型
  • 多对一模型
  • 多对多模型

一对一模型

用户线程与系统线程一一对应,用户线程执行如lo操作的系统调用时,来回切换操作开销相对比较大

一对一模型

多对一模型

多个用户线程对应一个内核线程,当内核线程对应的一个用户线程被阻塞挂起时候,其他用户线程也阻塞不能执行了。

多对一模型

多对多模型

多对多模型是可以充分利用多核CPU提升运行效能的

多对多模型

Go线程模型属于多对多线程模型

go线程模型包含三个概念:内核线程(M),goroutine(G),G的上下文环境(P);

GMP模型

GMP模型是goalng特有的。

  • G是goroutine,基于协程建立的用户态线程
  • M是machine,它直接关联一个os内核线程,用于执行G。
  • P是processor,P里面一般会存当前goroutine运行的上下文环境(函数指针,堆栈地址及地址边界),P会对自己管理的goroutine队列做一些调度

GMP模型 P与M一般是一一对应的。P(上下文)管理着一组G(goroutine)挂载在M(内核线程)上运行,图中左边蓝色为正在执行状态的goroutine,右边为待执行状态的goroutiine队列。P的数量由环境变量GOMAXPROCS的值或程序运行runtime.GOMAXPROCS()进行设置。

GMP调度

当一个os线程在执行M1一个G1发生阻塞时,调度器让M1抛弃P,等待G1返回,然后另起一个M2接收P来执行剩下的goroutine队列(G2、G3...),这是golang调度器厉害的地方,可以保证有足够的线程来运行剩下所有的goroutine。

GMP调度1.jpg

当G1结束后,M1会重新拿回P来完成,如果拿不到就丢到全局runqueue中,然后自己放到线程池或转入休眠状态。空闲的上下文P会周期性的检查全局runqueue上的goroutine,并且执行它。

另一种情况就是当有些P1太闲而其他P2很忙碌的时候,会从其他上下文P2拿一些G来执行。 GMP调度2.jpg

详细可以翻看下方第一个参考链接,写得真好。

特点

  • 用户空间 避免了内核态和用户态的切换导致的成本
  • 可以由语言和框架层进行调度
  • 更小的栈空间允许创建大量的实例

总结

最后用大佬的总结来做最后的收尾———— Go语言运行时,通过核心元素G,M,P 和 自己的调度器,实现了自己的并发线程模型。调度器通过对G,M,P的调度实现了两级线程模型中操作系统内核之外的调度任务。整个调度过程中会在多种时机去触发最核心的步骤 “一整轮调度”,而一整轮调度中最关键的部分在“全力查找可运行G”,它保证了M的高效运行(换句话说就是充分使用了计算机的物理资源),一整轮调度中还会涉及到M的启用停止。最后别忘了,还有一个与Go程序生命周期相同的系统监测任务来进行一些辅助性的工作。

参考

浅析Golang的线程模型与调度器

Golang CSP并发模型

Golang线程模型