共计 4922 个字符，预计需要花费 13 分钟才能阅读完成。
如果把语言比喻为武侠小说中的武功，如果只是会用，也就是达到四五层，如果用的熟练也就六七层，如果能见招拆招也得八九层，如果你出神入化，立于不败之地十层。
如果你想真正掌握一门语言的，怎么也得八层以上，需要你深入了解这门语言方方面面的细节。
希望以后对 Go 语言的掌握能有八九层，怎么能不懂调度器！？
Google、百度、微信搜索了许多 Go 语言调度的文章，这些文章上来就讲调度器是什么样的，它由哪些组成，它的运作原理，搞的我只能从这些零散的文章中形成调度器的“概貌”，这是我想要的结果，但这还不够。
学习不仅要知其然，还要知其所以然。
学习之前，先学知识点的历史，再学知识，这样你就明白，为什么它是当下这个样子。
所以，我打算写一个 goroutine 调度器的系列文章，从历史背景讲起，循序渐进，希望大家能对 goroutine 调度器有一个全面的认识。
这篇文章介绍调度器相关的历史背景，请慢慢翻阅。
远古时代
上面这个大家伙是 ENIAC，它诞生在宾夕法尼亚大学，是世界第一台真正的通用计算机，和现代的计算机相比，它是相当的“笨重”，它的计算能力，跟现代人手普及的智能手机相比，简直是一个天上一个地下，ENIAC 在地下，智能手机在天上。
它上面没有操作系统，更别提进程、线程和协程了。
进程时代
后来，现代化的计算机有了操作系统，每个程序都是一个进程，但是操作系统在一段时间只能运行一个进程，直到这个进程运行完，才能运行下一个进程，这个时期可以成为单进程时代——串行时代。
和 ENIAC 相比，单进程是有了几万倍的提度，但依然是太慢了，比如进程要读数据阻塞了，CPU 就在哪浪费着，伟大的程序员们就想了，不能浪费啊，怎么才能充分的利用 CPU 呢？
后来操作系统就具有了最早的并发能力：多进程并发，当一个进程阻塞的时候，切换到另外等待执行的进程，这样就能尽量把 CPU 利用起来，CPU 就不浪费了。
线程时代
多进程真实个好东西，有了对进程的调度能力之后，伟大的程序员又发现，进程拥有太多资源，在创建、切换和销毁的时候，都会占用很长的时间，CPU 虽然利用起来了，但 CPU 有很大的一部分都被用来进行进程调度了，怎么才能提高 CPU 的利用率呢？
大家希望能有一种轻量级的进程，调度不怎么花时间，这样 CPU 就有更多的时间用在执行任务上。
后来，操作系统支持了线程，线程在进程里面，线程运行所需要资源比进程少多了，跟进程比起来，切换简直是“不算事”。
一个进程可以有多个线程，CPU 在执行调度的时候切换的是线程，如果下一个线程也是当前进程的，就只有线程切换，“很快”就能完成，如果下一个线程不是当前的进程，就需要切换进程，这就得费点时间了。
这个时代，CPU 的调度切换的是进程和线程。多线程看起来很美好，但实际多线程编程却像一坨屎，一是由于线程的设计本身有点复杂，而是由于需要考虑很多底层细节，比如锁和冲突检测。
协程
多进程、多线程已经提高了系统的并发能力，但是在当今互联网高并发场景下，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（每个线程的内存占用级别为 MB），线程多了之后调度也会消耗大量的 CPU。伟大的程序员们有开始想了，如何才能充分利用 CPU、内存等资源的情况下，实现更高的并发？
既然线程的资源占用、调度在高并发的情况下，依然是比较大的，是否有一种东西，更加轻量？
你可能知道：线程分为内核态线程和用户态线程，用户态线程需要绑定内核态线程，CPU 并不能感知用户态线程的存在，它只知道它在运行 1 个线程，这个线程实际是内核态线程。
用户态线程实际有个名字叫协程（co-routine），为了容易区分，我们使用协程指用户态线程，使用线程指内核态线程。
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。
协程和线程有 3 种映射关系：
N:1，N 个协程绑定 1 个线程，优点就是协程在用户态线程即完成切换，不会陷入到内核态，这种切换非常的轻量快速。但也有很大的缺点，1 个进程的所有协程都绑定在 1 个线程上，一是某个程序用不了硬件的多核加速能力，二是一旦某协程阻塞，造成线程阻塞，本进程的其他协程都无法执行了，根本就没有并发的能力了。
1:1，1 个协程绑定 1 个线程，这种最容易实现。协程的调度都由 CPU 完成了，不存在 N:1 缺点，但有一个缺点是协程的创建、删除和切换的代价都由 CPU 完成，有点略显昂贵了。
M:N，M 个协程绑定 1 个线程，是 N:1 和 1:1 类型的结合，克服了以上 2 种模型的缺点，但实现起来最为复杂。
协程是个好东西，不少语言支持了协程，比如：Lua、Erlang、Java（C++ 即将支持），就算语言不支持，也有库支持协程，比如 C 语言的 coroutine（风云大牛作品）、Kotlin 的 kotlinx.coroutines、Python 的 gevent。
goroutine
Go 语言的诞生就是为了支持高并发，有 2 个支持高并发的模型：CSP 和 Actor。鉴于 Occam 和 Erlang 都选用了 CSP(来自 Go FAQ)，并且效果不错，Go 也选了 CSP，但与前两者不同的是，Go 把 channel 作为头等公民。
就像前面说的多线程编程太不友好了，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。最关键的是，程序员看不到这些底层的细节，这就降低了编程的难度，提供了更容易的并发。
Go 中，协程被称为 goroutine（Rob Pike 说 goroutine 不是协程，因为他们并不完全相同），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空间内支持大量 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。
Go 语言的老调度器
终于来到了 Go 语言的调度器环节。
调度器的任务是在用户态完成 goroutine 的调度，而调度器的实现好坏，对并发实际有很大的影响，并且 Go 的调度器就是 M:N 类型的，实现起来也是最复杂。
现在的 Go 语言调度器是 2012 年重新设计的（设计方案），在这之前的调度器称为老调度器，老调度器的实现不太好，存在性能问题，所以用了 4 年左右就被替换掉了，老调度器大概是下面这个样子：
最下面是操作系统，中间是 runtime，runtime 在 Go 中很重要，许多程序运行时的工作都由 runtime 完成，调度器就是 runtime 的一部分，虚线圈出来的为调度器，它有两个重要组成：
M，代表线程，它要运行 goroutine。
Global G Queue，是全局 goroutine 队列，所有的 goroutine 都保存在这个队列中，goroutine 用 G 进行代表。
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。
老调度器有 4 个缺点：
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，M 创建了 G’，为了继续执行 G，需要把 G’交给 M’执行，也造成了很差的局部性，因为 G’和 G 是相关的，最好放在 M 上执行，而不是其他 M ’。
M 中的 mcache 是用来存放小对象的，mcache 和栈都和 M 关联造成了大量的内存开销和差的局部性。
系统调用导致频繁的线程阻塞和取消阻塞操作增加了系统开销。
Go 语言的新调度器
面对以上老调度的问题，Go 设计了新的调度器，设计文稿：https://golang.org/s/go11sched
新调度器引入了：
P：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。
work stealing：当 M 绑定的 P 没有可运行的 G 时，它可以从其他运行的 M’那里偷取 G。
现在，调度器中 3 个重要的缩写你都接触到了，所有文章都用这几个缩写，请牢记：
G: goroutine
M: 工作线程
P: 处理器，它包含了运行 Go 代码的资源，M 必须和一个 P 关联才能运行 G。
这篇文章的目的不是介绍调度器的实现，而是调度器的一些理念，帮助你后面更好理解调度器的实现，所以我们回归到调度器设计思想上。
调度器的有两大思想：
复用线程：协程本身就是运行在一组线程之上，不需要频繁的创建、销毁线程，而是对线程的复用。在调度器中复用线程还有 2 个体现：1）work stealing，当本线程无可运行的 G 时，尝试从其他线程绑定的 P 偷取 G，而不是销毁线程。2）hand off，当本线程因为 G 进行系统调用阻塞时，线程释放绑定的 P，把 P 转移给其他空闲的线程执行。
利用并行：GOMAXPROCS 设置 P 的数量，当 GOMAXPROCS 大于 1 时，就最多有 GOMAXPROCS 个线程处于运行状态，这些线程可能分布在多个 CPU 核上同时运行，使得并发利用并行。另外，GOMAXPROCS 也限制了并发的程度，比如 GOMAXPROCS = 核数 /2，则最多利用了一半的 CPU 核进行并行。
调度器的两小策略：
抢占：在 coroutine 中要等待一个协程主动让出 CPU 才执行下一个协程，在 Go 中，一个 goroutine 最多占用 CPU 10ms，防止其他 goroutine 被饿死，这就是 goroutine 不同于 coroutine 的一个地方。
全局 G 队列：在新的调度器中依然有全局 G 队列，但功能已经被弱化了，当 M 执行 work stealing 从其他 P 偷不到 G 时，它可以从全局 G 队列获取 G。
上面提到并行了，关于并发和并行再说一下：Go 创始人 Rob Pike 一直在强调 go 是并发，不是并行，因为 Go 做的是在一段时间内完成几十万、甚至几百万的工作，而不是同一时间同时在做大量的工作。并发可以利用并行提高效率，调度器是有并行设计的。
并行依赖多核技术，每个核上在某个时间只能执行一个线程，当我们的 CPU 有 8 个核时，我们能同时执行 8 个线程，这就是并行。
结束语
这篇文章的主要目的是为后面介绍 Go 语言调度器做铺垫，由远及近的方式简要介绍了多进程、多线程、协程、并发和并行有关的“史料”，希望你了解为什么 Go 采用了 goroutine，又为何调度器如此重要。
如果你等不急了，想了解 Go 调度器相关的原理，看下这些文章：
设计方案：https://golang.org/s/go11sched
代码中关于调度器的描述：https://golang.org/src/runtim…
引用最多的调度器文章：https://morsmachine.dk/go-sch…
kavya 的 PPT，目前看到的讲调度最好的 PPT：https://speakerdeck.com/kavya…
work stealing 论文：http://supertech.csail.mit.ed…
分析调度器的论文（就问你 6 不 6，还有论文研究）：http://www.cs.columbia.edu/~a…
声明：关于老调度器的资料已经完全搜不到，根据新版调度器设计方案的描述，想象着写了老调度器这一章，可能存在错误。
参考资料
https://en.wikipedia.org/wiki…
https://en.wikipedia.org/wiki…
https://en.wikipedia.org/wiki…
https://golang.org/doc/faq#go…
https://golang.org/s/go11sched
https://golang.org/src/runtim…
如果这篇文章对你有帮助，请点个赞 / 喜欢，感谢。
本文作者：大彬
如果喜欢本文，随意转载，但请保留此原文链接：http://lessisbetter.site/2019/03/10/golang-scheduler-1-history
