面试题：Go调度器的调度策略

Question

Go调度器采用了哪些调度策略来管理Goroutine的执行？这些策略在不同场景下是如何协同工作以提高程序的整体性能的？请举例说明。

Answer 1

Go调度器采用的调度策略

1. M:N调度模型
   • Go调度器采用M:N调度模型，即多个用户级线程（Goroutine）映射到多个内核级线程（M）上。这使得Go可以在少量的内核线程上高效运行大量的Goroutine，避免了传统1:1模型中创建大量内核线程带来的资源开销。
2. G - P - M模型
   • G（Goroutine）：代表用户级的协程，是Go语言中轻量级的执行单元。
   • P（Processor）：处理器，它包含了运行Goroutine的资源，如Goroutine队列。每个P都有一个本地的Goroutine队列，同时也可以从全局Goroutine队列中获取Goroutine。P的数量一般由GOMAXPROCS环境变量决定，默认等于CPU核心数。
   • M（Machine）：内核级线程，负责执行Goroutine。M需要绑定到一个P上才能运行Goroutine。
3. 抢占式调度
   • Go 1.14版本引入了协作式抢占的增强版——抢占式调度。在协作式调度中，Goroutine需要主动让出CPU，例如通过调用系统调用、channel操作等。而抢占式调度允许在Goroutine执行时，由调度器在合适的时机（如函数调用、循环等边界）强制暂停Goroutine，将CPU资源分配给其他Goroutine，从而避免某个Goroutine长时间占用CPU。

不同场景下策略的协同工作及性能提升

1. 高并发I/O场景
   • 假设一个Web服务器程序，有大量的HTTP请求处理Goroutine。当某个Goroutine进行I/O操作（如读取HTTP请求数据、写入响应数据等）时，会陷入阻塞。
   • 基于M:N调度模型，该Goroutine不会阻塞对应的M线程。M线程会解绑当前P，去寻找其他可运行的Goroutine（从P的本地队列或全局队列中获取），从而充分利用CPU资源。
   • 例如，在处理一个请求时，Goroutine需要从数据库读取数据，此时它会阻塞。调度器会将M线程重新分配给其他等待执行的Goroutine，如处理新的HTTP请求，提高了服务器的整体并发处理能力。
2. CPU密集型场景
   • 对于一些计算密集型的任务，如科学计算、加密运算等。如果没有抢占式调度，一个CPU密集型的Goroutine可能会长时间占用CPU，导致其他Goroutine无法执行。
   • 有了抢占式调度后，调度器会在合适的时机（如函数调用边界）暂停当前CPU密集型的Goroutine，将CPU资源分配给其他Goroutine。例如，一个计算素数的Goroutine在执行一个复杂的循环计算时，调度器会在循环中的函数调用处暂停它，让其他Goroutine有机会运行，从而提高了程序整体的响应性和资源利用率。
3. 任务均衡场景
   • 在P的本地队列中，Goroutine是按照FIFO（先进先出）的顺序执行的。当一个P的本地队列中的Goroutine执行完后，M线程会尝试从全局队列中获取Goroutine。
   • 同时，当一个P的本地队列中有太多Goroutine时，会进行“偷取”操作。例如，某个P上的任务特别繁重，其他空闲的P对应的M线程可以从这个繁忙的P的本地队列中“偷取”一半的Goroutine到自己的本地队列中执行，从而实现任务在各个P之间的均衡分配，提高整体性能。