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关于golang:GM到GMPGolang经历了什么

jiezi

超超和面试官聊完了协程的发展史之后，面试官仿佛想在 GMP 模型上对超超“痛下杀手”，上面来看超超能不能接住面试官的大杀器吧！

GM 模型

面试官：你晓得 GMP 之前用的是 GM 模型吗？
超超：这个我晓得，在 12 年的 go1.1 版本之前用的都是 GM 模型，然而因为 GM 模型性能不好，饱受用户诟病。之后官网对调度器进行了改良，变成了咱们当初用的 GMP 模型。

面试官：那你能给我说说什么是 GM 模型？为什么效率不好呢？
考点：GM 模型
超超：GM 模型中的 G 全称为 Goroutine 协程，M 全称为 Machine 内核级线程，调度过程如下

M(内核线程) 从加锁的 Goroutine 队列中获取 G(协程)执行，如果 G 在运行过程中创立了新的 G，那么新的 G 也会被放入全局队列中。
很显然这样做有俩个毛病，一是调度，返回 G 都须要获取队列锁，造成了强烈的竞争。二是 M 转移 G 没有把资源最大化利用。比方当 M1 在执行 G1 时，M1 创立了 G2，为了继续执行 G1，须要把 G2 交给 M2 执行，因为 G1 和 G2 是相干的，而寄存器中会保留 G1 的信息，因而 G2 最好放在 M1 上执行，而不是其余的 M。

GMP

面试官：那你能给我说说 GMP 模型是怎么设计的吗？
考点：GMP 设计
超超：G 全称为 Goroutine 协程，M 全称为 Machine 内核级线程，P 全称为 Processor 协程运行所需的资源，他在 GM 的根底上减少了一个 P 层，上面咱们来看一下他是如何设计的。

全局队列：当 P 中的本地队列中有协程 G 溢出时，会被放到全局队列中。
P 的本地队列：P 内置的 G 队列，存的数量无限，不超过 256 个。这里有俩种非凡状况。一是当队列 P1 中的 G1 在运行过程中新建 G2 时，G2 优先寄存到 P1 的本地队列中，如果队列满了，则会把 P1 队列中一半的 G 挪动到全局队列。二是如果 P 的本地队列为空，那么他会先到全局队列中获取 G，如果全局队列中也没有 G，则会尝试从其余线程绑定的 P 中偷取一半的 G。

面试官：P 和 M 数量是能够有限扩增的吗？
考点：GMP 细节
超超：是不能有限扩增的，有限扩增零碎也接受不了呀，哈哈
P 的数量：由启动时环境变量 $GOMAXPROCS 或者是由 runtime 的办法 GOMAXPROCS() 决定。
M 的数量：go 程序启动时，会设置 M 的最大数量，默认 10000。然而内核很难创立出如此多的线程，因而默认状况下 M 的最大数量取决于内核。也能够调用 runtime/debug 中的 SetMaxThreads 函数，手动设置 M 的最大数量。

面试官：那 P 和 M 都是在程序运行时就被创立好了吗？
考点：持续深挖 GMP 细节
超超：P 和 M 创立的机会是不同的
P 何时创立：在确定了 P 的最大数量 n 后，运行时零碎会依据这个数量创立 n 个 P。
M 何时创立：内核级线程的初始化是由内核治理的，当没有足够的 M 来关联 P 并运行其中的可运行的 G 时会申请创立新的 M。比方 M 在运行 G1 时被阻塞住了，此时须要新的 M 去绑定 P，如果没有在休眠的 M 则须要新建 M。

面试官：你能给我说说当 M0 将 G1 执行完结后会怎么做吗？
考点：G 在 GMP 模型中流动过程
超超：那我给你举个例子吧（：这次把整个过程都说完，看你还能问什么

(图转自刘丹冰 Golang 的协程调度器原理及 GMP 设计思维)

  1. 调用 go func()创立一个 goroutine；
  2. 新创建的 G 优先保留在 P 的本地队列中，如果 P 的本地队列曾经满了就会保留在全局的队列中；
  3. M 须要在 P 的本地队列弹出一个可执行的 G，如果 P 的本地队列为空，则先会去全局队列中获取 G，如果全局队列也为空则去其余 P 中偷取 G 放到本人的 P 中
  4. G 将相干参数传输给 M，为 M 执行 G 做筹备
  5. 当 M 执行某一个 G 时候如果产生了零碎调用产生导致 M 会阻塞，如果以后 P 队列中有一些 G，runtime 会将线程 M 和 P 拆散，而后再获取闲暇的线程或创立一个新的内核级的线程来服务于这个 P，阻塞调用实现后 G 被销毁将值返回；
  6. 销毁 G，将执行后果返回
  7. 当 M 零碎调用完结时候，这个 M 会尝试获取一个闲暇的 P 执行，如果获取不到 P，那么这个线程 M 变成休眠状态，退出到闲暇线程中。

GM 与 GMP

面试官：看来你对 GMP 整个流程还是比较清楚的，那你再给我说说 GMP 绝对于 GM 做了哪些优化吧。
考点：GM 与 GMP 区别
超超：优化点有三个，一是每个 P 有本人的本地队列，而不是所有的 G 操作都要通过全局的 G 队列，这样锁的竞争会少的多的多。而 GM 模型的性能开销大头就是锁竞争。

二是 P 的本地队列均衡上，在 GMP 模型中也实现了 Work Stealing 算法，如果 P 的本地队列为空，则会从全局队列或其余 P 的本地队列中窃取可运行的 G 来运行（通常是偷一半），缩小空转，进步了资源利用率。

三是 hand off 机制当 M0 线程因为 G1 进行零碎调用阻塞时，线程开释绑定的 P，把 P 转移给其余闲暇的线程 M1 执行，同样也是进步了资源利用率。

面试官：你有没有想过队列和线程的优化能够做在 G 层和 M 层，为什么要加一个 P 层呢？
考点：深挖 GMP
超超：这是因为 M 层是放在内核的，咱们无权批改，在后面协程的问题中答复过，内核级也是用户级线程倒退成熟才退出内核中。所以在 M 无奈批改的状况下，所有的批改只能放在用户层。将队列和 M 绑定，因为 hand off 机制 M 会始终扩增，因而队列也须要始终扩增，那么为了使 Work Stealing 可能失常进行，队列治理将会变的简单。因而设定了 P 层作为中间层，进行队列治理，管制 GMP 数量（最大个数为 P 的数量）。

面试官：你对 GMP 还是蛮理解的哈，那回到刚开始的话题，你晓得 mac 中的回收站只能单开，访达窗口能够多开吧？

超超：晓得呀，这是单例模式（：为什么 mac 这个点过不去了😫

未完待续～

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