golang GMP模型

一、并发和并行

1、并行

        要求CPU有多核计算的能力

        在同一时刻需要多个线程在多个CPU上同时执行指令，无论宏观还是微观上都会看到多个线程同时在运行

2、并发

         并不要求CPU具备多核计算的能力

         每核CPU都是独立的，CPU与CPU之间不需要交互

二、线程

线程是操作系统能够调度的最小单位，分为内核态线程和用户态线程

1)、用户线程

1、用户空间的代码创建，管理，销毁

2、同一进程下创建的多个线程对CPU的竞争是以进程为维度的

3、我们一般情况下说的线程其实是用户线程

4、用户线程无法被系统感知，用户线程所属的进程或者内核线程才能被系统调用

2)、内核线程

1、由操作系统创建，管理，调度

2、线程切换的时候CPU需要切换到内核态

3、能够很好的利用多核CPU 并行计算的优势

三、线程模型,3种协程和线程映射关系

一个用户态线程必须要绑定一个内核态线程，但是CPU不知道有用户态线程的存在，它只知道它运行的是一个内核态线程，内核态线程依然叫“线程(Thread)”，用户线程叫"协程(co-routine)"

1、1：1关系

1个协程绑定1个线程

2、N：1关系

N个协程绑定1个线程，优点是协程在用户态线程即完成切换，不会陷入到内核态，这种切换非常的轻量快速。但是也有很大的缺点，1个进程的所有协程都绑定到1个线程上

 

 3、M：N关系

M个协程绑定1个线程，是N：1和1：1类型的结合

 四、go协程

gmp流程：

GO调度器的调度过程，首先创建一个G对象，然后G被保存在P的本地队列或者全局队列（global queue）。这时P会唤醒一个M。P按照它的执行顺序继续执行任务。M寻找一个空闲的P，如果找得到，将G与自己绑定。

然后M执行一个调度循环：调用G对象->执行->清理线程->继续寻找Goroutine

1、概念：

Go中，协程被称为goroutine，非常轻量，一个goroutine只占几KB，并且这几KB就足够goroutine运行完，这就能在有限的内存空间内支持大量goroutine，支持更多的并发，虽然一个goroutine的栈只占几KB，但是可伸缩的，如需更多内容，runtime会自动为goroutine分配

Goroutine特点：

---> 占用内存更小(几KB)

---->调度更灵活(runtime调度)

2、GMP模型

G的生命周期：G从创建、保存、被获取、调度和执行、阻塞、销毁、步骤如下：

步骤1：创建G，关键字go func() 创建G

步骤2：保存G，创建的G优先保存到本地队列P，如果P满了，则会平衡部分P到全局队列中

步骤3：唤醒或者新建M执行任务，进入调度循环(步骤4，5，6)

步骤4：M获取G，M首先从P的本地队列获取G，如果P为空，则从全局队列获取G，如果全局队列也为空，则从另一个本地队列偷取一半数量的G(负载均衡)，这种从其他P偷取的方式称为work stealing

步骤5：M调度和执行G，M调用G.func()函数执行G

->、如果M在执行G的过程发生系统调用阻塞(同步)，会阻塞G和M(操作系统限制)，此时P会和当前M解绑，并寻找新的M，如果没有空闲的M就会新建一个M，接管正在阻塞G所属的P，接着继续执行P中其余的G，这种阻塞后释放P的方式成为hand off。当系统调用结束后，这个G会尝试获取一个空闲的P执行，优先获取之前绑定的P，并放入到这个P的本地队列，如果获取不到P，那么这个线程M变成休眠状态，加入到空闲线程中，然后这个G会被放入到全局队列

步骤6：M执行完G后清理线程，重新进入调度循环

G：goroutine，用户级线程

P：不是物理上的CPU。当一个P有任务，需要创建或者唤醒一个系统线程去处理它队列中的任务。P决定同时执行的任务的数量。由GOMAXPROCS配置

p有两种类型的队列：

• 本地队列：同全局队列类似，存放的也是等待运行的G，存的数量有限，不超过256个。新建G时，G优先加到P的本地队列，如果队列满了，则会把本地队列中一半的G移动到全局队列

• 全局队列：存放等待运行的G，是用来平衡不同的P的任务数量，所有的M共享P的全局队列。

M：machine，一个M对应一个内核级线程，相当于内核级线程在go中的映射

3、抢占模型：

work stealing：当线程M无可运行的G时，尝试从其他M绑定的P偷取G，减少空转，提高线程利用率

hand off：当本线程M因为G进行的系统调用阻塞时，线程释放绑定的P，把P转移给其他空闲的M执行，也提高了线程利用率

五、P和M的个数问题

1、P的数量

由启动时环境变量￥GOMAXPROCS或者是由runtime的方法GOMAXPROCS()决定。

2、M的数量

---> go语言本身的线程，go程序启动时，会设置M的最大数量，默认10000

---> runtime/debug中的SetMaxThreads函数，设置M的最大数量

---> 一个M阻塞了，会创建新的M

M与P的数量没有绝对关系，一个M阻塞，P就会去创建或者切换另一个M，所以，即使P的默认数量是1，也会创建很大M出来。

六、P和M何时创建

1、P何时创建：在确定了P的最大数量n后，运行时系统会根据这个数量创建n个P

2、M合适创建：没有足够的M来关联P并运行其中的可运行的G，比如所有的M此时都阻塞住了，而P中还有很多就绪任务，就会去寻找空闲的M，而没有空闲的，就会去创建新的M