面试题：Go调度循环如何处理系统调用

Question

当一个Goroutine发起系统调用时，Go的调度循环会进行一系列操作以确保调度的高效性和并发性能。请详细描述在这种情况下，调度循环的处理流程，包括M、G、P状态的变化以及资源的重新分配等方面。

Answer 1

1. 系统调用时调度循环处理流程概述

当一个Goroutine（G）发起系统调用时，Go的调度器会介入，以保证其他可运行的Goroutine能继续执行，从而维持程序的并发性能。这一过程涉及到M（操作系统线程）、G（Goroutine）和P（处理器上下文）三者状态的变化及资源重新分配。

2. M、G、P状态变化及资源重新分配

• Goroutine（G）状态变化：
  • 发起系统调用的G会从running状态转变为syscall状态。这表明该G当前正在执行系统调用，无法继续在用户态运行。
  • 例如，假设一个G正在进行文件读取的系统调用，它会被标记为syscall状态。
• 操作系统线程（M）状态变化：
  • 与该G关联的M在G进入syscall状态后，会尝试将P释放。如果M成功释放P，它自身可能进入睡眠状态（例如在Linux系统下，通过sleep相关系统调用），等待G完成系统调用。
  • 比如，一个M原本绑定一个P并运行着G，当G发起系统调用，M会将P解绑，自身进入睡眠等待G完成系统调用返回。
• 处理器上下文（P）状态变化及资源重新分配：
  • P被M释放后，会被放入全局的P空闲队列。调度器会从全局可运行G队列或其他M本地的可运行G队列中选取一个G，将其状态设为running，并与该P重新绑定。这样，这个新的G就可以在该P上运行，充分利用CPU资源。
  • 举例来说，P被释放后，调度器从全局可运行G队列中取出一个计算密集型的G，将其与该P绑定，让其在P上执行计算任务。

3. 系统调用完成后的恢复过程

• 当发起系统调用的G完成系统调用后，它会从syscall状态转变回runnable状态，并被放入全局可运行G队列。
• 如果之前释放P并进入睡眠的M被唤醒（例如通过系统中断等机制），它会尝试从全局P空闲队列中获取一个P。若获取成功，M会从全局可运行G队列中取出之前发起系统调用现在已完成的G，将其设为running状态，继续执行。若M未能获取到P，该G会留在全局可运行G队列，等待其他M获取P后将其取出执行。