GMP 调度模型

Q: GMP 模型概述

GMP 是 Go 运行时调度器的核心模型：

全局队列          本地队列
[G][G][G]  →  P[G][G][G] → M（OS线程）
                P[G][G][G] → M（OS线程）

调度逻辑：

1. M线程要运行任务就会先和P进行关联，从P的本地队列中获取G
2. 如果队列中没有可用的G，就会尝试从全局队列中放一批到P的本地队列（需要加锁）
3. 如果全局队列中也没有，就会从其他队列中获取G放到自己的本地队列里面
4. 拿到可以运行的G之后，就会执行，然后重复这个过程

Q: 为什么引入 P？

核心目的：减少锁竞争，提升调度效率

1. 去掉P的问题：所有M都需要从全局队列中获取goroutine，这就需要全局锁保护。在高并发场景下，大量M争抢同一把锁会造成严重的锁竞争，CPU大部分时间都浪费在等锁上，调度效率急剧下降

2. P的优势：P的存在实现了无锁的本地调度。每个P维护独立的本地队列，M绑定P后可以直接从本地队列取G执行，大部分情况下都不需要全局锁。只有本地队列空了才去偷取，这大大减少了锁竞争

工作窃取机制：

• 每个 P 持有本地 G 队列，减少锁竞争
• 当某个 P 的队列为空时，可以从其他 P 的队列尾部窃取 G
• P 的数量由 GOMAXPROCS 控制，默认为 CPU 核心数

Q: 能不能去掉P层？

不能，去掉P会带来严重的性能问题：

1. 锁竞争加剧：去掉P之后，所有M都需要从全局队列中获取goroutine，这就需要全局锁保护。在高并发场景下，大量M争抢同一把锁会造成严重的锁竞争，CPU大部分时间都浪费在等锁上

2. P实现无锁调度：P的存在实现了无锁的本地调度。每个P维护独立的本地队列，M绑定P后可以直接从本地队列取G执行，大部分情况下都不需要全局锁。只有本地队列空了才去偷取，这大大减少了锁竞争

Q: Goroutine 的调度时机？

• 函数调用（编译器插入调度检查点）
• 系统调用（M 与 P 解绑，等待 IO）
• runtime.Gosched() 主动让出
• 通道操作阻塞
• time.Sleep
• GC STW

Q: 调度阻塞的处理机制？

用户态阻塞

如果G因为channel发生阻塞，这个时候M不会被阻塞：

• 只需要把当前阻塞的G放到等待队列（比如channel的等待队列）
• 切换到下一个G进行执行
• 阻塞的G被唤醒后，会尝试加入唤醒者所在P的runnext队列，如果满了就加入本地队列，最后是全局队列

系统调用阻塞

发生系统调用阻塞时M会进入内核态，所以会阻塞M：

• 需要把P和M断开，去连接一个新的M（如果没有就新建）
• 继续执行别的G
• 系统调用完成后，G会尝试加入到一个活跃P的本地队列，如果没有就会被加入到全局队列中

Q: Go Scheduler(调度器) 的工作原理？

基本概念：Go scheduler是Go的协程调度器，它的主要工作是决定哪个goroutine在哪个线程上运行，以及何时进行上下文切换。scheduler的核心是schedule()函数，它在无限循环中寻找可运行的goroutine。当找到后通过execute()函数切换到goroutine执行，goroutine主动让出或被抢占时再回到调度循环。

调度策略：

• Go 1.14之前：协作式调度，只有函数调用时才会检查preempt标志，如果是true就把自己挂起。缺点是如果G里面没有函数调用，执行大循环时会导致其他G没有机会执行
• Go 1.14之后：异步抢占机制，检测到运行了10ms以上的G，向运行G的M发送信号，触发专门的gsignal goroutine，在信号处理过程中设置preempt=true，即使G没有函数调用也会被强制挂起

Q: m0 和 g0 是什么？

m0

m0是go启动时创建的主线程，主要用来：

• 执行Go程序的启动
• 调度器初始化
• 内存管理器初始化
• 垃圾回收器初始化
• 创建g0然后执行main函数
• 之后其实就和其他M线程一样了

g0

g0是调度协程，主要负责调度逻辑：

• 职责：goroutine创建、销毁、调度。比如在g1协程上执行，需要调度时（goroutine阻塞、抢占、系统调度等），M就会切换到g0上执行调度逻辑，选出下一个运行的goroutine，然后运行
• 为什么需要g0：
  1. 调度器执行时会操作全部goroutine，如果和普通goroutine共用可能会相互干扰
  2. 如果在普通goroutine栈上运行，如果调度的下一个goroutine还是自己，可能出现递归现象导致栈溢出
  3. g0提供一个安全的栈来执行调度