面试题：Go调度器中任务优先级与系统资源分配的关联

Question

在Go调度器里，任务优先级的设定会影响系统资源（如CPU、内存）的分配。请详细阐述任务优先级是怎样影响这些资源分配的，并且说明在多核环境下，如何保证高优先级任务能有效利用多核资源。

Answer 1

任务优先级对资源分配的影响

1. CPU资源：
   • 在Go调度器中，默认情况下采用M:N调度模型（多个goroutine映射到多个操作系统线程）。当任务有优先级设定时，调度器会优先调度高优先级的任务到可用的逻辑处理器（P）上执行。高优先级任务会抢占低优先级任务正在使用的CPU时间片，使得低优先级任务的执行时间被压缩，从而保证高优先级任务能更及时地执行，获得更多的CPU执行时间。
   • 例如，如果有一个高优先级的实时计算任务和一个低优先级的数据清理任务，调度器会优先让实时计算任务在CPU上运行，减少数据清理任务的运行机会，确保实时计算的及时性。
2. 内存资源：
   • 高优先级任务在内存分配上也可能具有优势。当内存紧张时，垃圾回收（GC）机制可能会优先保证高优先级任务的内存需求。如果高优先级任务需要更多内存来完成其操作，GC可能会更积极地回收低优先级任务占用的内存，以满足高优先级任务的内存申请，防止高优先级任务因内存不足而失败。
   • 比如，高优先级的图像处理任务需要大量内存来存储图像数据进行处理，GC会尽量回收其他低优先级任务（如日志记录任务）占用的内存，为图像处理任务提供足够的内存空间。

多核环境下保证高优先级任务有效利用多核资源的方法

1. 调度策略优化：
   • 调度器可以采用亲和性调度策略，将高优先级任务尽量固定在某些特定的核心上执行，减少任务在不同核心间迁移带来的开销。例如，通过设置CPU亲和性，将高优先级任务绑定到特定的物理核心，使得任务在执行过程中一直使用该核心的缓存等资源，提高执行效率。
   • 可以实现基于优先级的负载均衡算法。调度器在向各个核心分配任务时，优先将高优先级任务分配到负载较轻的核心上。这样既能保证高优先级任务能及时得到执行，又能充分利用多核的计算能力，避免某个核心负载过重而其他核心闲置。
2. 资源预留：
   • 为高优先级任务预留一定比例的CPU时间和内存资源。例如，在多核系统中，可以预先分配一定数量的逻辑处理器（P）专门用于执行高优先级任务。这样无论系统中其他低优先级任务的负载如何，高优先级任务都有专门的资源可以使用，确保其性能不受影响。
   • 在内存方面，设置高优先级任务的内存配额，保证高优先级任务在运行过程中有足够的内存可用，不会因为其他任务的内存占用而导致内存不足的问题。
3. 硬件支持：
   • 利用硬件提供的特性来提升高优先级任务的执行效率。例如，一些现代CPU支持硬件线程优先级设置，Go调度器可以通过系统调用等方式利用这些硬件特性，将高优先级任务映射到具有更高硬件线程优先级的逻辑核心上，进一步提升高优先级任务在多核环境下的执行速度。