深入了解 GMP

2023-10-08 17:52
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本文主要是介绍深入了解 GMP,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

视频链接地址:Golang深入理解GPM模型_哔哩哔哩_bilibili


一、Golang“调度器”的由来?

(1) 单进程时代不需要调度器

我们知道,一切的软件都是跑在操作系统上,真正用来干活(计算)的是CPU。早期的操作系统每个程序就是一个进程,直到一个程序运行完,才能进行下一个进程,就是“单进程时代”

一切的程序只能串行发生。

早期的单进程操作系统,面临2个问题:

1.单一的执行流程,计算机只能一个任务一个任务处理。

2.进程阻塞所带来的CPU时间浪费。

那么能不能有多个进程来宏观一起来执行多个任务呢?

后来操作系统就具有了最早的并发能力:多进程并发,当一个进程阻塞的时候,切换到另外等待执行的进程,这样就能尽量把CPU利用起来,CPU就不浪费了。

(2)多进程/线程时代有了调度器需求

在多进程/多线程的操作系统中,就解决了阻塞的问题,因为一个进程阻塞cpu可以立刻切换到其他进程中去执行,而且调度cpu的算法可以保证在运行的进程都可以被分配到cpu的运行时间片。这样从宏观来看,似乎多个进程是在同时被运行。

但新的问题就又出现了,进程拥有太多的资源,进程的创建、切换、销毁,都会占用很长的时间,CPU虽然利用起来了,但如果进程过多,CPU有很大的一部分都被用来进行进程调度了。

怎么才能提高CPU的利用率呢?

但是对于Linux操作系统来讲,cpu对进程的态度和线程的态度是一样的。

很明显,CPU调度切换的是进程和线程。尽管线程看起来很美好,但实际上多线程开发设计会变得更加复杂,要考虑很多同步竞争等问题,如锁、竞争冲突等。

(3) 协程来提高CPU利用率

多进程、多线程已经提高了系统的并发能力,但是在当今互联网高并发场景下,为每个任务都创建一个线程是不现实的,因为会消耗大量的内存(进程虚拟内存会占用4GB[32位操作系统], 而线程也要大约4MB)。

大量的进程/线程出现了新的问题

  • 高内存占用
  • 调度的高消耗CPU

好了,然后工程师们就发现,其实一个线程分为“内核态“线程和”用户态“线程。

一个“用户态线程”必须要绑定一个“内核态线程”,但是CPU并不知道有“用户态线程”的存在,它只知道它运行的是一个“内核态线程”(Linux的PCB进程控制块)。

这样,我们再去细化去分类一下,内核线程依然叫“线程(thread)”,用户线程叫“协程(co-routine)".

看到这里,我们就要开脑洞了,既然一个协程(co-routine)可以绑定一个线程(thread),那么能不能多个协程(co-routine)绑定一个或者多个线程(thread)上呢。

之后,我们就看到了有3中协程和线程的映射关系:

N:1关系

N个协程绑定1个线程,优点就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。但也有很大的缺点,1个进程的所有协程都绑定在1个线程上

缺点:

  • 某个程序用不了硬件的多核加速能力
  • 一旦某协程阻塞,造成线程阻塞,本进程的其他协程都无法执行了,根本就没有并发的能力了。

1:1 关系

1个协程绑定1个线程,这种最容易实现。协程的调度都由CPU完成了,不存在N:1缺点,

缺点:

  • 协程的创建、删除和切换的代价都由CPU完成,有点略显昂贵了。

M:N关系

M个协程绑定N个线程,是N:1和1:1类型的结合,克服了以上2种模型的缺点,但实现起来最为复杂。

协程跟线程是有区别的,线程由CPU调度是抢占式的,协程由用户态调度是协作式的,一个协程让出CPU后,才执行下一个协程。

(4) Go语言的协程goroutine

Go为了提供更容易使用的并发方法,使用了goroutine和channel。goroutine来自协程的概念,让一组可复用的函数运行在

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