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golang“调度器”的由来

1、单进程时代不需要调度器

一切的软件都跑在操作系统上，真正干活的是cpu，早期的操作系统每个程序就是一个进程，直到一个程序运行完，才能进行下一个进程，就是“单进程时代”，一切的程序只能串行发生。

早期的单进程操作系统，面临两个问题：

1.单一的执行流程，计算机只能一个任务一个任务的处理

2.进程阻塞所带来得CPU时间浪费

2、多进程/多线程时代有了调度的需求

在多进程/多线程操作系统中，解决了阻塞的问题，一个进程阻塞cpu可以立马切换到其他进程中去执行，但是问题又出现了，进程拥有太多的资源，进程的创建、切换、销毁，都会占用很长的时间，cpu有很大一部分都被用来进程调度了。

3、协程来提高CPU利用率

多进程、多线程已经提高了系统的并发能力，但是为每个任务都创建一个线程是不现实的，因为会消耗大量的内存。

大量的进程/线程出现了新的问题：

• 高内存占用
• 调度的高消耗CPU

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其实一个线程分为“内核态”线程和“用户态”线程。一个用户态线程必须绑定一个内核态线程，但是cpu并不知道有用户态线程的存在，他只知道它运行的是一个内核态线程。

这样，我们再去细化去分类一下，内核线程依然叫线程（thread），用户线程叫协程（co-routine）。

4、协程与线程的映射关系

N:1关系

N个协程绑定1个线程，优点是协程在用户态线程就可以完成切换，不会陷入内核态

缺点：

• 一个进程的所有协程都绑定在一个线程上
• 某个程序用不了硬件的多核加速能力
• 一旦某个协程阻塞了，造成线程阻塞，本进程的其他协程都无法执行了，本本就没有并发的能力了。

1:1关系

一个协程绑定一个线程，容易实现，协程调度都由cpu完成，不存在N:1缺点

缺点：

• 协程的创建、删除和切换都由CPU完成，有点略显昂贵

M:N关系

M个协程绑定一个线程，是N:1和1:1类型的结合，克服了以上两个模型的缺点，但实现起来比较复杂

协程跟线程是有区别的，线程由cpu调度是抢占式的，协程由用户态调度是协作式的，一个协程让出cpu后，才执行下一个协程。

5、Go语言的协程goroutine

Go为了提供更容易使用的并发方法，使用了goroutine和channel。goroutine来自协程的概念，让一组可复用的函数运行在一组线程之上，即使有协程阻塞，该线程的其他协程也可以被runtime调度，转移到其他可运行的线程上，关键是，程序员看不到这些底层细节，降低了编程的难度，提供了更容易的并发。

Go中，协程被称为goroutine，它非常轻量，一个goroutine只占几kb，并且这几kb就足够goroutine运行完，这就能在有限的内存内支持大量goroutine，支持了更多的并发。虽然一个goroutine的栈只占几kb，但实际是可伸缩的，如果需要更多内容，runtime会自动为goroutine分配。

Goroutine特点：

• 占用内存小
• 调度更灵活(runtime调度)

6、被抛弃的goroutine调度器

大部分文章都会用G来表示Goroutine，用M来表示线程。

下面我们来看看被废弃的golang调度器是如何实现的？

M想要执行、放回G都必须访问全局G队列，并且M有多个，即多线程访问同一资源需要加锁进行保证互斥/同步,所以全局G队列是有互斥锁进行保护的。

缺点：

• 创建、销毁、调度G都需要每个M获取锁，这就形成了激烈的锁竞争。
• M转移G会造成延迟和额外的系统负载，比如当G中包含创建新协程的时候。

Goroutine调度的GMP模型的设计思想

在新调度器中，除了M(thread)和G(goroutine)，又引入了P(Processor)。

Processor，它包含了运行goroutine的资源，如果线程想运行goroutine，必须先获取P，P中还包含了可运行的G队列。

GMP模型

在Go中，线程是运行goroutine的实体，调度器的功能是把可运行的goroutine分配到工作线程上。

• 全局队列：存放等待运行的G。
• P的本地队列：同全局对列类似，存放的也是等待运行的G，存放的数量有限，不超过256个，新建G’时，G'优先加入到P的本地队列，如果队列满了，则会把本地队列中一半的G移动到全局队列。
• P列表：所有的P都在程序启动时创建，并保存在数组中，最多有GOMAXPROCS（可配置）个。
• M:线程想运行任务旧的获取P,从P的本地队列获取G，P队列为空时，M也会尝试从全局队列拿一批G放到P的本地队列，或从其他P的本地队列偷一半放到自己P的本地队列。M运行G，G执行之后，M会从P获取下一个G，不断重复下去。