G、P、M 是 Go 調(diào)度器的三個核心組件，各司其職。在它們精密地配合下，Go 調(diào)度器得以高效運轉(zhuǎn)，這也是 Go 天然支持高并發(fā)的內(nèi)在動力。今天這篇文章我們來深入理解 GPM 模型。

先看 G，取 goroutine 的首字母，主要保存 goroutine 的一些狀態(tài)信息以及 CPU 的一些寄存器的值，例如 IP 寄存器，以便在輪到本 goroutine 執(zhí)行時，CPU 知道要從哪一條指令處開始執(zhí)行。

當(dāng) goroutine 被調(diào)離 CPU 時，調(diào)度器負責(zé)把 CPU 寄存器的值保存在 g 對象的成員變量之中。

當(dāng) goroutine 被調(diào)度起來運行時，調(diào)度器又負責(zé)把 g 對象的成員變量所保存的寄存器值恢復(fù)到 CPU 的寄存器。

上面這段描述來自公眾號“go語言核心編程技術(shù)”的調(diào)度器系列文章，寫得非常好，推薦大家去看，參考資料【阿波張調(diào)度器系列教程】可以到達原文。

本系列教程使用的代碼版本是 1.9.2，來看一下 g 的源碼：

type g struct { // goroutine 使用的棧 stack stack // offset known to runtime/cgo // 用于棧的擴張和收縮檢查，搶占標(biāo)志 stackguard0 uintptr // offset known to liblink stackguard1 uintptr // offset known to liblink _panic *_panic // innermost panic - offset known to liblink _defer *_defer // innermost defer // 當(dāng)前與 g 綁定的 m m *m // current m; offset known to arm liblink // goroutine 的運行現(xiàn)場 sched gobuf syscallsp uintptr // if status==Gsyscall, syscallsp = sched.sp to use during gc syscallpc uintptr // if status==Gsyscall, syscallpc = sched.pc to use during gc stktopsp uintptr // expected sp at top of stack, to check in traceback // wakeup 時傳入的參數(shù) param unsafe.Pointer // passed parameter on wakeup atomicstatus uint32 stackLock uint32 // sigprof/scang lock; TODO: fold in to atomicstatus goid int64 // g 被阻塞之后的近似時間 waitsince int64 // approx time when the g become blocked // g 被阻塞的原因 waitreason string // if status==Gwaiting // 指向全局隊列里下一個 g schedlink guintptr // 搶占調(diào)度標(biāo)志。這個為 true 時，stackguard0 等于 stackpreempt preempt bool // preemption signal, duplicates stackguard0 = stackpreempt paniconfault bool // panic (instead of crash) on unexpected fault address preemptscan bool // preempted g does scan for gc gcscandone bool // g has scanned stack; protected by _Gscan bit in status gcscanvalid bool // false at start of gc cycle, true if G has not run since last scan; TODO: remove? throwsplit bool // must not split stack raceignore int8 // ignore race detection events sysblocktraced bool // StartTrace has emitted EvGoInSyscall about this goroutine // syscall 返回之后的 cputicks，用來做 tracing sysexitticks int64 // cputicks when syscall has returned (for tracing) traceseq uint64 // trace event sequencer tracelastp puintptr // last P emitted an event for this goroutine // 如果調(diào)用了 LockOsThread，那么這個 g 會綁定到某個 m 上 lockedm *m sig uint32 writebuf []byte sigcode0 uintptr sigcode1 uintptr sigpc uintptr // 創(chuàng)建該 goroutine 的語句的指令地址 gopc uintptr // pc of go statement that created this goroutine // goroutine 函數(shù)的指令地址 startpc uintptr // pc of goroutine function racectx uintptr waiting *sudog // sudog structures this g is waiting on (that have a valid elem ptr); in lock order cgoCtxt []uintptr // cgo traceback context labels unsafe.Pointer // profiler labels // time.Sleep 緩存的定時器 timer *timer // cached timer for time.Sleep gcAssistBytes int64 }

源碼中，比較重要的字段我已經(jīng)作了注釋，其他未作注釋的與調(diào)度關(guān)系不大或者我暫時也沒有理解的。

g 結(jié)構(gòu)體關(guān)聯(lián)了兩個比較簡單的結(jié)構(gòu)體，stack 表示 goroutine 運行時的棧：

// 描述棧的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，棧的范圍：[lo, hi) type stack struct { // 棧頂，低地址 lo uintptr // 棧低，高地址 hi uintptr }

Goroutine 運行時，光有棧還不行，至少還得包括 PC，SP 等寄存器，gobuf 就保存了這些值：

type gobuf struct { // 存儲 rsp 寄存器的值 sp uintptr // 存儲 rip 寄存器的值 pc uintptr // 指向 goroutine g guintptr ctxt unsafe.Pointer // this has to be a pointer so that gc scans it // 保存系統(tǒng)調(diào)用的返回值 ret sys.Uintreg lr uintptr bp uintptr // for GOEXPERIMENT=framepointer }

再來看 M，取 machine 的首字母，它代表一個工作線程，或者說系統(tǒng)線程。G 需要調(diào)度到 M 上才能運行，M 是真正工作的人。結(jié)構(gòu)體 m 就是我們常說的 M，它保存了 M 自身使用的棧信息、當(dāng)前正在 M 上執(zhí)行的 G 信息、與之綁定的 P 信息……

當(dāng) M 沒有工作可做的時候，在它休眠前，會“自旋”地來找工作：檢查全局隊列，查看 network poller，試圖執(zhí)行 gc 任務(wù)，或者“偷”工作。

結(jié)構(gòu)體 m 的源碼如下：

// m 代表工作線程，保存了自身使用的棧信息 type m struct { // 記錄工作線程（也就是內(nèi)核線程）使用的棧信息。在執(zhí)行調(diào)度代碼時需要使用 // 執(zhí)行用戶 goroutine 代碼時，使用用戶 goroutine 自己的棧，因此調(diào)度時會發(fā)生棧的切換 g0 *g // goroutine with scheduling stack/ morebuf gobuf // gobuf arg to morestack divmod uint32 // div/mod denominator for arm - known to liblink // Fields not known to debuggers. procid uint64 // for debuggers, but offset not hard-coded gsignal *g // signal-handling g sigmask sigset // storage for saved signal mask // 通過 tls 結(jié)構(gòu)體實現(xiàn) m 與工作線程的綁定 // 這里是線程本地存儲 tls [6]uintptr // thread-local storage (for x86 extern register) mstartfn func() // 指向正在運行的 gorutine 對象 curg *g // current running goroutine caughtsig guintptr // goroutine running during fatal signal // 當(dāng)前工作線程綁定的 p p puintptr // attached p for executing go code (nil if not executing go code) nextp puintptr id int32 mallocing int32 throwing int32 // 該字段不等于空字符串的話，要保持 curg 始終在這個 m 上運行 preemptoff string // if != "", keep curg running on this m locks int32 softfloat int32 dying int32 profilehz int32 helpgc int32 // 為 true 時表示當(dāng)前 m 處于自旋狀態(tài)，正在從其他線程偷工作 spinning bool // m is out of work and is actively looking for work // m 正阻塞在 note 上 blocked bool // m is blocked on a note // m 正在執(zhí)行 write barrier inwb bool // m is executing a write barrier newSigstack bool // minit on C thread called sigaltstack printlock int8 // 正在執(zhí)行 cgo 調(diào)用 incgo bool // m is executing a cgo call fastrand uint32 // cgo 調(diào)用總計數(shù) ncgocall uint64 // number of cgo calls in total ncgo int32 // number of cgo calls currently in progress cgoCallersUse uint32 // if non-zero, cgoCallers in use temporarily cgoCallers *cgoCallers // cgo traceback if crashing in cgo call // 沒有 goroutine 需要運行時，工作線程睡眠在這個 park 成員上， // 其它線程通過這個 park 喚醒該工作線程 park note // 記錄所有工作線程的鏈表 alllink *m // on allm schedlink muintptr mcache *mcache lockedg *g createstack [32]uintptr // stack that created this thread. freglo [16]uint32 // d[i] lsb and f[i] freghi [16]uint32 // d[i] msb and f[i+16] fflag uint32 // floating point compare flags locked uint32 // tracking for lockosthread // 正在等待鎖的下一個 m nextwaitm uintptr // next m waiting for lock needextram bool traceback uint8 waitunlockf unsafe.Pointer // todo go func(*g, unsafe.pointer) bool waitlock unsafe.Pointer waittraceev byte waittraceskip int startingtrace bool syscalltick uint32 // 工作線程 id thread uintptr // thread handle // these are here because they are too large to be on the stack // of low-level NOSPLIT functions. libcall libcall libcallpc uintptr // for cpu profiler libcallsp uintptr libcallg guintptr syscall libcall // stores syscall parameters on windows mOS }

再來看 P，取 processor 的首字母，為 M 的執(zhí)行提供“上下文”，保存 M 執(zhí)行 G 時的一些資源，例如本地可運行 G 隊列，memeory cache 等。

一個 M 只有綁定 P 才能執(zhí)行 goroutine，當(dāng) M 被阻塞時，整個 P 會被傳遞給其他 M ，或者說整個 P 被接管。

// p 保存 go 運行時所必須的資源 type p struct { lock mutex // 在 allp 中的索引 id int32 status uint32 // one of pidle/prunning/... link puintptr // 每次調(diào)用 schedule 時會加一 schedtick uint32 // 每次系統(tǒng)調(diào)用時加一 syscalltick uint32 // 用于 sysmon 線程記錄被監(jiān)控 p 的系統(tǒng)調(diào)用時間和運行時間 sysmontick sysmontick // last tick observed by sysmon // 指向綁定的 m，如果 p 是 idle 的話，那這個指針是 nil m muintptr // back-link to associated m (nil if idle) mcache *mcache racectx uintptr deferpool [5][]*_defer // pool of available defer structs of different sizes (see panic.go) deferpoolbuf [5][32]*_defer // Cache of goroutine ids, amortizes accesses to runtime·sched.goidgen. goidcache uint64 goidcacheend uint64 // Queue of runnable goroutines. Accessed without lock. // 本地可運行的隊列，不用通過鎖即可訪問 runqhead uint32 // 隊列頭 runqtail uint32 // 隊列尾 // 使用數(shù)組實現(xiàn)的循環(huán)隊列 runq [256]guintptr // runnext 非空時，代表的是一個 runnable 狀態(tài)的 G， // 這個 G 被 當(dāng)前 G 修改為 ready 狀態(tài)，相比 runq 中的 G 有更高的優(yōu)先級。 // 如果當(dāng)前 G 還有剩余的可用時間，那么就應(yīng)該運行這個 G // 運行之后，該 G 會繼承當(dāng)前 G 的剩余時間 runnext guintptr // Available G's (status == Gdead) // 空閑的 g gfree *g gfreecnt int32 sudogcache []*sudog sudogbuf [128]*sudog tracebuf traceBufPtr traceSwept, traceReclaimed uintptr palloc persistentAlloc // per-P to avoid mutex // Per-P GC state gcAssistTime int64 // Nanoseconds in assistAlloc gcBgMarkWorker guintptr gcMarkWorkerMode gcMarkWorkerMode runSafePointFn uint32 // if 1, run sched.safePointFn at next safe point pad [sys.CacheLineSize]byte }

GPM 三足鼎力，共同成就 Go scheduler。G 需要在 M 上才能運行，M 依賴 P 提供的資源，P 則持有待運行的 G。你中有我，我中有你。

借用曹大 golang notes 的一幅圖，描述三者的關(guān)系：

M 會從與它綁定的 P 的本地隊列獲取可運行的 G，也會從 network poller 里獲取可運行的 G，還會從其他 P 偷 G。

參考資料

【阿波張調(diào)度器系列教程】http://mp.weixin.qq.com/mp/homepage?_biz=MzU1OTg5NDkzOA==&hid=1&sn=8fc2b63f53559bc0cee292ce629c4788&scene=18#wechatredirect

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的三足鼎立 —— GPM 到底是什么？（一）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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