面试题：Go中Goroutine调度原理之M:N模型

Question

请简要阐述Go语言中Goroutine调度使用的M:N模型是什么，以及它相比其他模型（如1:1、N:1）有哪些优势。

Answer 1

M:N模型

1. 定义：在Go语言的Goroutine调度中，M:N模型是指将多个用户级线程（Goroutine，即N个）映射到多个内核级线程（M个）上。Go运行时系统的调度器负责管理这种映射关系。其中，Goroutine是轻量级的用户态线程，而M代表操作系统线程（OS线程）。
2. 调度机制：Go语言的调度器采用了G-M-P模型，这是M:N模型的一种具体实现。G代表Goroutine，M代表操作系统线程，P代表处理器（Processor）。P的数量可以通过runtime.GOMAXPROCS设置，它决定了同时可以执行的Goroutine数量。调度器会在M和P之间进行调度，将Goroutine分配到P上，再由P绑定到M上执行。

与其他模型相比的优势

1. 与1:1模型相比
   • 轻量级与高效性：1:1模型将每个用户线程直接映射到一个内核线程，创建和销毁内核线程的开销较大。而M:N模型中Goroutine是轻量级的，创建和调度的开销小，可轻松创建大量Goroutine。例如，在高并发网络编程场景下，1:1模型可能因为内核线程资源限制无法创建过多连接，而Go语言通过M:N模型可创建成千上万的Goroutine处理并发连接。
   • 调度灵活性：1:1模型的调度由操作系统内核负责，调度粒度较粗。M:N模型中Go语言运行时系统的调度器可在用户态进行更细粒度的调度，根据Goroutine的优先级、任务类型等灵活调度，提高整体运行效率。
2. 与N:1模型相比
   • 并行执行能力：N:1模型将多个用户线程映射到一个内核线程，同一时刻只有一个用户线程能执行，无法利用多核CPU的并行计算能力。M:N模型中多个Goroutine可被调度到不同的内核线程上并行执行，充分利用多核CPU资源，提高程序的并行处理能力，加速多任务处理。
   • 系统资源利用：N:1模型中如果一个用户线程发生阻塞（如I/O操作），会导致整个内核线程阻塞，其他用户线程无法执行。M:N模型中某个Goroutine发生阻塞时，调度器可将其他Goroutine调度到其他M上执行，提高系统资源利用率。