GMP 源码（下）：调度循环、抢占与 syscall

GMP 源码（下）：调度循环、阻塞与 syscall

下篇： 从 mstart 进入的 schedule -> findRunnable -> execute，到 **gopark / 抢占 / syscall** 与状态收束。 **上篇** GMP源码1.md：类型 + **第 0～2 节**（鸟瞰、schedinit、newproc～runqput）。 系列阅读：GMP由来→GMP机制 → **GMP源码1（上）** → **GMP源码2（下）** 术语口径：G=任务、M=线程、P=运行资源与本地队列、schedt`=全局调度中心

这篇写给谁

• 已读完上篇第 0～2 节（或已熟悉启动与 runqput）。
• 想专注搞懂调度循环、让出/阻塞、抢占与系统调用这几条 runtime 主链。

阅读方式

本篇按「找活 → 触发调度 → 巡检与 syscall → 状态小结」读；与上篇拼起来才是完整 proc.go 鸟瞰。

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1. 调度循环：schedule -> findRunnable -> execute

调度循环本身很短：

1. findRunnable() 找一个可运行 G。
2. execute(gp, inheritTime) 执行它。

真正复杂的是 findRunnable 的“找活顺序”。

1.1 findRunnable 的常见查找顺序

可简化为：

1. 先处理特殊任务（trace、GC worker 等）。
2. 周期性看全局队列（保证公平，不让本地长期独占）。
3. 看本地队列（runqget：先 runnext，再 runq）。
4. 看全局队列。
5. 看网络轮询（netpoll）是否有就绪 G。
6. 去别的 P 偷任务（stealWork）。
7. 仍无任务则让出 P 或阻塞等待。

这套顺序的核心目标：低开销优先 + 全局公平 + 尽量不让 CPU 空转。

func schedule() {
    ...
    gp, inheritTime, tryWakeP := findRunnable()
    ...
    execute(gp, inheritTime)
}

func findRunnable() (gp *g, inheritTime, tryWakeP bool) {
    ...
    // 特殊 G（trace、GC worker）
    ...
    // 周期性看全局队列（公平性）
    if pp.schedtick%61 == 0 && !sched.runq.empty() { ... }
    // 本地 runq（先 runnext，再 runq）
    if gp, inheritTime := runqget(pp); gp != nil { ... }
    // 全局 runq
    if !sched.runq.empty() { ... }
    // netpoll
    if netpollinited() && netpollAnyWaiters() && ... { ... }
    // stealWork
    if mp.spinning || 2*sched.nmspinning.Load() < gomaxprocs-sched.npidle.Load() { ... }
    // 仍无任务 -> 让出 P / 阻塞
    ...
}

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2. 触发调度：三条典型路径

2.1 正常调度

G 自然跑完或阶段完成，回到下一轮 schedule，这是最平滑的路径。

2.2 主动调度：Gosched

业务代码主动调用 runtime.Gosched() 后，大致做这些事：

1. G 从 _Grunning 改为 _Grunnable。
2. dropg() 解除当前 M 与该 G 的执行绑定。
3. globrunqput(gp) 把 G 放回全局可运行队列。
4. 进入 schedule() 继续调度其他 G。

一句话：我先让位，回队列排队，大家轮着来。

func Gosched() {
    checkTimeouts()
    mcall(gosched_m)
}
func gosched_m(gp *g) {
    goschedImpl(gp, false)
}
func goschedImpl(gp *g, preempted bool) {
    ...
    casgstatus(gp, _Grunning, _Grunnable)
    dropg()
    lock(&sched.lock)
    globrunqput(gp)
    unlock(&sched.lock)
    schedule()
}

2.3 被动调度：gopark / goready

当 G 因 channel、锁、sleep、网络等待而无法继续：

1. gopark 把 G 从 running 变 waiting。
2. G 挂入对应等待结构（资源队列）。
3. 当前 M 去找别的活。

当条件满足时：

1. 通过 goready/ready 把 G 从 waiting 变 runnable。
2. runqput 放回某个可运行队列。
3. 必要时 wakep() 拉起更多工作能力。

一句话：阻塞不是终止，是“下台等待 -> 条件满足 -> 再排队上台”。

// 被阻塞
func gopark(...) {
    ...
    mcall(park_m)
}
func park_m(gp *g) {
    ...
    casgstatus(gp, _Grunning, _Gwaiting)
    dropg()
    schedule()
}

// 被唤醒
func goready(gp *g, traceskip int) {
    systemstack(func() { ready(gp, traceskip, true) })
}
func ready(gp *g, traceskip int, next bool) {
    ...
    casgstatus(gp, _Gwaiting, _Grunnable)
    runqput(mp.p.ptr(), gp, next)
    wakep()
}

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3. 抢占与接管：轮到 sysmon 出场

sysmon 跑在独立线程上，不占用 P，相当于调度器的巡检员：周期醒来一圈，负责抢占、syscall 回收 P、补 netpoll、必要时强扭 GC 等。

func sysmon() {
	...
	var delay uint32 = 20 // μs，初始休眠约 20μs
	var idle int64      // 连续多少轮几乎没干事
	for {
		if idle == 0 {
			delay = 20
		} else if idle > 50 {
			delay *= 2
		}
		if delay > 10*1000 { // 上限约 10ms，别睡太死
			delay = 10 * 1000
		}
		usleep(delay)
		now := nanotime()

		// 若很久没 poll 过网络，可能把就绪的 G 拎出来注入全局队列
		lastpoll := sched.lastpoll.Load()
		if netpollinited() && lastpoll != 0 && lastpoll+10*60*1e9 < now {
			list, delta := netpoll(0) // 非阻塞扫一轮
			...
			injectglist(&list)
			...
		}

		// Retake：syscall 过久则 handoffp；Running 过久则 preemptone
		if retake(now) != 0 {
			idle = 0
		} else {
			idle++
		}

		// 例如太久没 GC 时，可注入专门跑 GC 的 G（具体条件见源码）
		if ... need forced GC ... {
			injectglist(&list)
			...
		}
		...
	}
}

3.1 sysmon 常见职责

1. 抢占长时间运行的 G（Preemption）：结合 retake / preemptone，对跑得太久的 G 打标或发信号，逼它让出 CPU（具体时间片与 forcePreemptNS 等常量以源码为准，量级常在 10ms 级）。
2. 接管 syscall 里拖太久的 P（Retake）：G 进了内核还占着 P 不干活时，sysmon 通过 handoffp 把 P 还给调度器，让别的 M 接着用这个 P 跑别的 G。
3. 网络轮询（Netpoll）：正常路径里调度器很忙时可能久未 netpoll；sysmon 可顺手拉一把就绪的网络 I/O，把对应 G 唤醒/入队。
4. 强制 GC（Force GC）：例如系统很久没发生过 GC 时，可注入辅助 goroutine 推动一轮回收（条件与间隔以 proc.go / mgc.go 为准）。

3.2 retake：谁在跑太久？syscall 要不要把手？

retake 会扫 allp，对每个 P 看 status，在 _Prunning / _Psyscall 下做近似下面两类事（分支顺序、阈值与真实 proc.go 可能略有出入，以你本机源码为准）：

• Running + 同一 G 霸占过久：schedtick 等手段判断「多久没换 G」，到点则 preemptone。
• Syscall + 卡住太久或有用 P 更紧迫：在队列真没活可挪且不缺乏并行度等条件下可以先不抢；否则 handoffp 把 P 交出去。

func retake(now int64) uint32 {
	var n uint32
	for i := 0; i < len(allp); i++ {
		pp := allp[i]
		...
		s := pp.status
		if s == _Psyscall {
			t := &pp.sysmontick
			if t.syscallwhen == 0 {
				t.syscallwhen = now
				continue
			}
			if t.syscalltick != pp.syscalltick {
				// 进过 syscall 核心里了，tick 更新过 → 这次先不 handoff
				t.syscallwhen = now
				t.syscalltick = pp.syscalltick
				continue
			}
			// 超过约 10μs 且在「有排队且没有闲粮」等条件下才 handoff（条件与源码一致）
			if runqempty(pp) &&
				sched.nmspinning.Load()+sched.npidle.Load() > 0 &&
				t.syscallwhen+10*1000 > now {
				continue
			}
			if handoffp(pp) {
				n++
			}
			continue
		}
		if s == _Prunning {
			t := &pp.sysmontick
			if t.schedwhen == 0 {
				t.schedwhen = now
				continue
			}
			if t.schedtick != pp.schedtick {
				// 发生过调度，说明换过事了
				t.schedwhen = now
				t.schedtick = pp.schedtick
				continue
			}
			// 同一轮上 schedtick 没变，且超过抢占阈值
			if now-t.schedwhen >= forcePreemptNS {
				preemptone(pp)
			}
			...
		}
	}
	return n
}

3.3 preemptone / preemptM：协作标记 + 信号

func preemptone(pp *p) bool {
	mp := pp.m.ptr()
	if mp == nil || mp.curg == nil {
		return false
	}
	gp := mp.curg
	...

	// 协作式路径：打标 + stack guard，等函数序言里的检查触发
	gp.preempt = true
	gp.stackguard0 = stackPreempt

	// 异步抢占：对绑定 M 发 SIGURG（或等价信号），内核打断后走进抢占逻辑
	if preemptMSupported && debug.asyncpreemptoff == 0 {
		pp.preempt = true
		preemptM(mp)
	}
	return true
}

func preemptM(mp *m) {
	...
	signalM(mp, _SIGURG) // 实际符号名见平台实现，语义：让该 M 上跑的 G 尽快进入可抢占点
	...
}

3.4 handoffp：P 交给谁？

handoffp 决定「这个 P 是立刻 startm 拉人干活，还是 pidleput 挂回空闲链表」。大意如下：

func handoffp(pp *p) {
	lock(&sched.lock)

	// 本地或全局还有 runnable → 直接找 M 接 P
	if !runqempty(pp) || sched.runqsize != 0 {
		startm(pp, false, false)
		unlock(&sched.lock)
		return
	}
	// trace reader / GC mark 等有专活要跑在当前 P 上
	if (traceEnabled() || traceShuttingDown()) && traceReaderAvailable() != nil {
		startm(pp, false, false)
		unlock(&sched.lock)
		return
	}
	if gcBlackenEnabled != 0 && gcMarkWorkAvailable(pp) {
		startm(pp, false, false)
		unlock(&sched.lock)
		return
	}
	// 既没队列活，也没有自旋/空闲 M 在找活 → 可能需要强行 spin 一枚 M 避免全员睡死
	if sched.nmspinning.Load()+sched.npidle.Load() == 0 &&
		sched.nmspinning.CompareAndSwap(0, 1) {
		sched.needspinning.Store(0)
		startm(pp, true, false)
		unlock(&sched.lock)
		return
	}
	...
	unlock(&sched.lock)

	// 没有马上要的活：P 进空闲链表，等以后 `wakep` 等路径再捞起来
	when := pp.timers.wakeTime()
	pidleput(pp, 0)
	if when != 0 {
		wakeNetPoller(when)
	}
}

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4. 系统调用链路：Syscall → entersyscall / exitsyscall

系统调用是吞吐痛点：G 进内核后，P 不宜长期被占死。用户态常用 syscall.Syscall 一类封装，进/出内核前后会 hook runtime。

4.1 syscall.Syscall：薄封装

func Syscall(trap, a1, a2, a3 uintptr) (r1, r2 uintptr, err Errno) {
	Entersyscall()
	r, _, err := syscall6(..., trap, a1, a2, a3, 0, 0, 0)
	Exitsyscall()
	return r, 0, err
}

不同平台 syscall6 名/参数略不同；要点是：前后各有一句 Entersyscall / Exitsyscall（或等价的 reentersyscall 路径）。

4.2 进入 syscall：先解绑 P

entersyscall 只做取栈帧并转 reentersyscall；解绑与改 P 状态在 reentersyscall：

1. gp.m.oldp：记下「我是从哪个 P 下来的」，退出时优先认领。
2. pp.m = 0、gp.m.p = 0：M 与 P 暂时分手，别的 M 才能通过 handoffp 等手段借走这个 P。
3. pp.status = _Psyscall：sysmon / retake 依赖该状态做「是否回收 P」的判断。

func entersyscall() {
	fp := getcallerfp()
	reentersyscall(sys.GetCallerPC(), sys.GetCallerSP(), fp)
}

func reentersyscall(pc, sp, bp uintptr) {
	...
	pp := gp.m.p.ptr() // 当前 G 绑定的 P
	pp.m = 0
	atomic.Store(&pp.status, _Psyscall)
	gp.m.oldp.set(pp)
	gp.m.p = 0
	...
}

4.3 退出 syscall：快路径 vs 慢路径

G 从 syscall 返回时要先抢到一个 P 才能继续跑用户代码。

1. exitsyscallfast：尽量认领 oldp，或从 sched.pidle 捞一个空闲 P；成功则 wirep 绑回去，仍在当前 M 上接着跑。
2. exitsyscall0（经 mcall）：所有 P 都忙/抢不到，则把 G 置为 _Grunnable，解除与当前 M 的绑定，进全局队列（或后续 pidleget 成功则 acquirep 后直接 execute）；当前 M 可能 stopm / schedule 去睡觉或找别的活。

func exitsyscall() {
	gp := getg()
	...
	oldp := gp.m.oldp.ptr()
	gp.m.oldp = 0
	if exitsyscallfast(oldp) {
		...
		return
	}
	mcall(exitsyscall0)
}

func exitsyscallfast(oldp *p) bool {
	// 优先：尝试抢回离开 syscall 前记在 oldp 里的那个 P
	if oldp != nil && oldp.status == _Psyscall &&
		atomic.Cas(&oldp.status, _Psyscall, _Pidle) {
		wirep(oldp)
		...
		return true
	}
	// 其次：从全局空闲 P 链表拿一个（实现里常在 systemstack 上做）
	if sched.pidle != 0 {
		var ok bool
		systemstack(func() {
			ok = exitsyscallfast_pidle()
		})
		if ok {
			return true
		}
	}
	return false
}

func exitsyscall0(gp *g) {
	...
	casgstatus(gp, _Gsyscall, _Grunnable)
	...
	dropg()
	lock(&sched.lock)
	var pp *p
	if schedEnabled(gp) {
		pp, _ = pidleget(0)
	}
	if pp == nil {
		globrunqput(gp)
		...
		unlock(&sched.lock)
		stopm()
		schedule() // 当前 M 睡下或转去调度
	}
	...
	unlock(&sched.lock)
	acquirep(pp)
	execute(gp, false) // 不切走到这里：绑上 P 直接执行该 G
}

细节（trace、统计、gc 门槛等）以当前版本的 proc.go 为准；拎主线记这三步即可：快路径抢 P → 慢路径入全局队列 → stopm/schedule 或 acquirep+execute。

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5. 全文状态流转（最小记忆版）

业务 G 常见几条线可对照记：

场景	状态要点
正常跑在用户代码	_Grunning
gopark（channel / 锁 / sleep 等）	_Grunning → _Gwaiting；goready 后经 _Grunnable 再被调度回 _Grunning
阻塞型 syscall（entersyscall 等路径）	常经历 _Gsyscall；语义上与「等在 channel 上」的 _Gwaiting 不同
syscall 返回	_Gsyscall → 优先 exitsyscall 快路径绑回 P；失败则 _Grunnable 进全局队列再等调度

若只记最短链：_Grunning →（等待）_Gwaiting →（就绪）_Grunnable → _Grunning。系统调用另记一条：进出内核会解绑/回收 P，exitsyscall 有快慢路径（本文第 4 节）。

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这篇你应该记住的 3 件事

1. 调度器主循环不复杂，复杂的是“找活顺序”和“状态管理”。
2. 抢占与 retake 是为了公平和吞吐，不是可有可无的优化项。
3. syscall 场景的关键是“P 不被长期占住”，所以有解绑、接管、快慢返回路径。