Go调度详解
1. 基本单元
Go调度相关的四个基本单元是g、m、p、schedt。g是协程任务信息单元，m实际执行体，p是本地资源池和g任务池，schedt是全局资源池和任务池。这里的m对应一个os线程，所以整个执行逻辑简单来说就是"某个os线程m不断尝试拿资源p并找任务g执行，没有可执行g则睡眠，等待唤醒并重复此过程"，这个执行逻辑加上sysmon系统线程的定时抢占逻辑实际上就是整个宏观的调度逻辑了(其中穿插了很多唤醒m、system goroutine等等复杂的细节)，而找协程任务g的过程占据了其中大部分。g的主要来源有本地队列、全局队列、其他p的本地队列、poller(net和file)，以及一些system goroutine比如timerproc、bgsweeper、gcMarkWorker、runfinq、forcegchelper等。
2. 调度的整体流程
- 关于g0栈和g栈
由于m是实际执行体，m的整个代码逻辑基本上就是整个调度逻辑。类似于Linux的内核栈和用户栈，Go的m也有两类栈：一类是系统栈(或者叫调度栈)，主要用于运行runtime的程序逻辑；另一类是g栈，用于运行g的程序逻辑。每个m在创建时会分配一个默认的g叫g0，g0不执行任何代码逻辑，只是用来存放m的调度栈等信息。当要执行Go runtime的一些逻辑比如创建g、新建m等，都会首先切换到g0栈然后执行，而执行g任务时，会切换到g的栈上。在调度栈和g栈上不断切换使整个调度过程复杂了不少。
- 关于m的spinning自旋
在Go的调度中，m一旦被创建则不会退出。在系统调用、cgocall、lockOSThread时，为了防止阻塞其他g的执行，Go会新建或者唤醒m(os线程)执行其他的g，所以可能导致m的增加。如何保证m数量不会太多，同时有足够的线程使p(cpu)不会空闲？主要的手段是通过多路复用和m的spinning。多路复用解决网络和文件io时的阻塞(与net poll类似，Go1.8.1的代码中为os.File加了poll接口)，避免每次读写的系统调用消耗线程。而m的spinning的作用是尽量保证始终有m处于spinning寻找g(并不是执行g，充分利用多cpu)的同时，不会有太多m同时处于spinning(浪费cpu)。不同于一般意义的自旋，m处于自旋是指m的本地队列、全局队列、poller都没有g可运行时，m进入自旋并尝试从其他p偷取(steal)g，每当一个spinning的m获取到g后，会退出spinning并尝试唤醒新的m去spinning。所以，一旦总的spinning的m数量大于0时，就不用唤醒新的m了去spinning浪费cpu了。
下面是整个调度的流程图:
- schedule
- findrunnable
3. m的视角看调度
Go中的m大概可分为以下几种:
- 系统线程，比如sysmon，其运行不需要p
- lockedm，与某个g绑定，未拿到对应的lockedg时睡眠，等待被唤醒，无法被调度
- 陷入syscall的m，执行系统调用中，返回时进入调度逻辑
- cgo的m，cgo的调用实际上使用了lockedm和syscall
- 正在执行goroutine的m
- 正在执行调度逻辑的m
什么时候可能需要新建或者唤醒m:
(1) 有新的可运行g或者拿到可运行的g
- goready，将g入队列
- newproc，新建g并入队列
- m从schedule拿到g，自身退出spinning
(2) 有p资源被释放handoff(p)
m何时交出资源p，并进入睡眠:
- lockedm主动交出p
- 处于syscall中，并被sysmon抢占(超过10ms)交出p
- cgocall被sysmon抢占交出p，或由于lockedm主动交出p
- findrunnable没找到可运行的g，主动交出p，进入睡眠
4. g的视角看调度
与goroutine相关的调度逻辑:
- go(runtime.newproc)产生新的g，放到本地队列或全局队列
- gopark，g置为waiting状态，等待显示goready唤醒，在poller中用得较多
- goready，g置为runnable状态，放入全局队列
- gosched，g显示调用runtime.Gosched或被抢占，置为runnable状态，放入全局队列
- goexit，g执行完退出，g所属m切换到g0栈，重新进入schedule
- g陷入syscall: (1) net io和部分file io，没有事件则gopark; (2) 普通的阻塞系统调用，返回时m重新进入schedule
- g陷入cgocall: lockedm加上syscall的处理逻辑
- g执行超过10ms被sysmon抢占