go并发模型GPM

线程模型的三种实现方式：

用户级线程：M:1对应关系，多个用户态线程对应着一个内核线程，用户态线程的创建、终止、切换、同步等线程工作必须由自身来完成。
内核级线程：1:1对应关系，直接调用操作系统的内核线程，所有线程的创建、终止、切换、同步等操作都由内核线程来完成。
两级线程：M:N对应关系，这种线程模型会先创建多个内核级线程，然后用自身的用户级线程去对应创建的多个内核级线程，自身的用户级线程需要本身程序去调度，内核级的线程交给操作系统内核去调度。

go实现了特殊的两级线程模型，用户调度器实现用户线程到KSE（kernel scheduling entity）的调度，内核线程实现KSE到cpu的调度。

go线程模型GPM

G: goroutine, 类似于操作系统中的进程控制块，主要包含以下信息：

• 函数指令及参数
• 栈信息
• 线程上下文信息（goroutine切换时，用于保存 g 的上下文，例如，变量、相关信息等）
• 现场保护和现场恢复需要的寄存器(SP、IP)
• 当前执行的m
• 被阻塞的时间

P: processor, 逻辑处理器，是一个抽象的概念，并不是物理CPU。保存一个队列G, P/M需要进行绑定形成一个执行单元。P决定了可以同时并发的任务数量。可以通过runtime.GOMAXPROCS进行指定（最大256），Go1.5之后GOMAXPROCS被默认设置可用的核数。主要包含以下信息：

• 状态（空闲，运行中）
• 关联的m
• 可运行的goroutine队列 (也称本地队列）
• 下一个g

M: machine, 操作器，是一个线程，用于将一个 G 搬到线程上执行。所有的M是有线程栈的

• g0 *g : 所有调用栈的Goroutine, m专属的线程栈,（普通的goroutine是在heap上分配的可增长的stack,因为 goroutine 可以越开越多）
• curg *g ： 当前运行在m上的g
• 状态（空闲，运行中）
• 关联的p
• SP、PC寄存器用于现场保护和现场恢复

LRQ： 本地队列，每个p独有的队列，本地队列是lock-free,没有数据竞争问题，无需加锁，可以提升处理速度。
GRQ：全局队列，所有m共享的全局队列。可以保证p之间任务的平衡。由于有数据竞争问题，需要加锁，处理速度低于本地队列。

go调度器调度过程

首先创建一个g, 保存到p本地队列或者全局队列。然后p去唤醒一个m, p继续执行自己的执行序，m去找是否有空闲的p,找到后将p上面的一个g搬运到本身，最后执行一个调度循环（调用g对象，执行-清理线程-继续寻找新的g对象）

线程清理

Goroutine被调度执行必须保证P/M进行绑定，所以线程清理只需要将P释放（解除绑定）就可以实现线程的清理。什么时候P会释放，保证其它G可以被执行。P被释放主要有两种情况。

• 主动释放：最典型的例子是，当执行G任务时有系统调用，当发生系统调用时M会处于阻塞状态。调度器会设置一个超时时间，当超时时会将P释放。
• 被动释放：如果发生系统调用，有一个专门监控程序，进行扫描当前处于阻塞的P/M组合。当超过系统程序设置的超时时间，会自动将P资源抢走。去执行队列的其它G任务。

上下文切换

简单理解为当时的环境即可，环境可以包括当时程序状态以及变量状态。

对于代码中某个值说，上下文是指这个值所在的局部(全局)作用域对象。相对于进程而言，上下文就是进程执行时的环境，具体来说就是各个变量和数据，包括所有的寄存器变量、进程打开的文件、内存(堆栈)信息等。
Go调度器根据事件进行上下文切换。

Go调度器根据事件进行上下文切换。

• go关键字，创建goroutine
• gc垃圾回收，gc也是goroutine，所以需要时间片
• system call系统调用，block当前G
• sync同步，block当前G

异步调用

Linux可以通过epoll实现网络调用，统称网络轮询器N（Net Poller）。

1. G1在M上运行，P的LRQ有其他3个G，N空闲；
2. G1进行网络IO，因此被移动到N，M继续从LRQ取其他的G执行。比如G2就被上下文切换到M上；
3. G1结束网络请求，收到响应，G1被移回LRQ，等待切换到M执行。

同步调用（如文件I/O）

1. G1在M上运行，P的LRQ有其他3个G，G1进行同步调用阻塞M1；
2. 调度器接入，将M1与p分离，此时M1只带了一个G1;
3. 调度器引入新的M2(新创建或已经存在的），将M2与P进行绑定，继续执行P的LRQ上的G2;
4. G1结束堵塞操作，移回LRQ。M1空闲备用。

任务窃取（负载均衡思想）

1. P1，P2两个P, P1的LRQ上的队列已执行完，P1的LRQ为空，P1就开始任务窃取；
2. 如果P2的LRQ不为空，P1就从P2的LRQ上拿一半移动到自己；
3. 如果P2的LRQ也为空，P1从GRQ窃取。

详细流程

基本流程和上面一样。每创建出一个 g，优先创建一个 p或者引入一个空闲的p 进行存储，当 p 达到限制后，则加入状态为 waiting 的队列中。

如果 g 执行时需要被阻塞，则会进行上下文切换，系统归还资源后，再返回继续执行。

当一个G长久阻塞在一个M上时，runtime会新建一个M，阻塞G所在的P会把其他的G 挂载在新建的M上。当旧的G阻塞完成或者认为其已经死掉时,则回收旧的M（抢占式调度）。

P会对自己管理的goroutine队列做一些调度（比如把占用CPU时间较长的goroutine暂停、运行后续的goroutine等等）当自己的队列消费完了就去全局队列里取，如果全局队列里也消费完了会去其他P的队列里抢任务（所以需要单独存储下一个 g 的地址，而不是从队列里获取）。