1. Go的协程

理解协程，就回到了一道老生长谈的面试题，进程与线程的区别？ 进程是资源分配的基本单位，线程是资源调度的基本单位。 结合Linux底层中进程与线程的实现，我们可以对资源的分配与调度有一个更加具象与感性的认识。

进程是在内存当中运行着的程序，每个进程都由其对应的PCB控制，即Linux中的task_struct结构体，task_struct就像进程的大脑，控制着进程的一切行为。我们提到的资源分配是最重要的功能之一，包括但不限于堆栈信息，Linux的进程的task_struct是借助mm_struct结构体进行资源调度的。

在Linux底层，线程也是由各自的task_struct控制的，同一线程组共享一个mm_struct，进而可以共享资源，然而要完成资源调度，线程就需要拥有自己独立的栈，所以，线程创建时，会在其task_struct中维护一个*thread的指针，指向维护栈私有信息的结构体（包括线程栈）。

对比进程与线程，在进行上下文切换时，由于线程的共享资源没必要进行切换，所以线程切换比进程切换轻松的多。然而，线程的切换本质上仍然是操作系统完成的，切换时需要陷入内核，这一步是很浪费时间的，其次，Linux的线程栈是固定大小8M，而很多时候，我们并不需要这么大的空间，这时，我们就需要能在用户态完成切换的更轻量级的线程模型，Go的协程是一种实现方式。

2. GMP模型

G是goroutine,每一个g结构对应了一个Go的协程，其中管理着我们协程运行所需的所有信息。

type g struct {
    stack       stack   // g自己的栈

    m            *m      // 执行当前g的m
    sched        gobuf   // 保存了g的现场，goroutine切换时通过它来恢复
    atomicstatus uint32  // g的状态Gidle,Grunnable,Grunning,Gsyscall,Gwaiting,Gdead
    goid         int64
    schedlink    guintptr // 下一个g, g链表

    preempt       bool //抢占标记

    lockedm        muintptr // 锁定的M,g中断恢复指定M执行
    gopc           uintptr  // 创建该goroutine的指令地址
    startpc        uintptr  // goroutine 函数的指令地址
}

P是调度器，g是由p来执行的，每个p都有一个g等待队列，来放置需要其执行的协程。

type p struct {
    id          int32
    status      uint32 // 状态
    link        puintptr // 下一个P, P链表
    m           muintptr // 拥有这个P的M
    mcache      *mcache  

    // P本地runnable状态的G队列
    runqhead uint32
    runqtail uint32
    runq     [256]guintptr
    
    runnext guintptr // 一个比runq优先级更高的runnable G

    // 状态为dead的G链表，在获取G时会从这里面获取
    gFree struct {
        gList
        n int32
    }

    gcBgMarkWorker       guintptr // (atomic)
    gcw gcWork

}

M是内核线程，每个m对象对应一个内核线程，p对象需要挂载到m上才能运行，每个m都有一个g0协程负责进行调度。

type m struct {
    g0      *g     // g0, 每个M都有自己独有的g0

    curg          *g       // 当前正在运行的g
    p             puintptr // 当前用于的p
    nextp         puintptr // 当m被唤醒时，首先拥有这个p
    id            int64
    spinning      bool // 是否处于自旋

    park          note
    alllink       *m // on allm
    schedlink     muintptr // 下一个m, m链表
    mcache        *mcache  // 内存分配
    lockedg       guintptr // 和 G 的lockedm对应
    freelink      *m // on sched.freem

}

通过上图所示的这种方式，我们可以在用户态完成协程的切换，避免了线程上下文切换的开销。本质上，协程是借助GMP模型对操作系统的线程进行了复用，以减少切换。至此，我们已经了解的GMP模型的基本情况。

3. 协程调度

3.1 p对g的调度

Go中的p个数是默认的，与操作系统的核数相同。每个p都有一个对应的本地队列，p会优先消费自己本地队列中的g，之后会消费全局队列中的g，如果全局队列消费完，之后从网络轮询器（network poller）获取任务，如果以上任务都已经消费完成，从其他处理器的本地队列窃取，每次拿一半。

由于本地队列是私有的，所以对本地队列的调度过程是不需要加锁的，这样能有效的提高执行效率。另外，p创建的g会优先放在自己的本地队列中，满了的情况下，将新创建的与本地队列的前半部分打乱顺序放在全局队列中。

3.2 p的调度

如果p2对应的g8发生了系统调用，m会记住p2并且接收g8，之后p2去另一个m执行其他的g9，g8就绪后会尝试抢夺p2，如果失败的话，g8进入全局队列。