面试题：Go中Goroutine调度机制的M:N模型简述

Question

请简要描述Go语言中Goroutine调度采用的M:N模型，包括M、N分别代表什么，以及这种模型的优势和实现要点。

Answer 1

M:N模型概述

在Go语言的Goroutine调度中，M:N模型指的是N个用户级线程（Goroutine）映射到M个内核级线程（OS线程）。

M、N代表的含义

• M：代表内核级线程（OS线程）。每个M都由操作系统调度，拥有自己的栈空间、寄存器等资源。在Go语言中，M由runtime管理，Go运行时通过系统调用向操作系统获取M。
• N：代表用户级线程，也就是Goroutine。Goroutine非常轻量级，它们由Go运行时的调度器管理，共享M的资源。一个Goroutine有自己的栈、程序计数器和局部变量等，但其栈在运行过程中可以动态增长和收缩。

优势

1. 高并发能力：由于Goroutine非常轻量级，允许在一个程序中创建大量的Goroutine，轻松实现高并发。相比传统的线程模型，创建和销毁Goroutine的开销极小，使得系统可以支持海量并发任务。
2. 资源利用率高：M:N模型可以复用少量的内核线程来运行大量的Goroutine，减少了内核线程的数量，降低了上下文切换的开销。同时，Goroutine的栈空间按需增长和收缩，进一步提高了内存的利用率。
3. 调度灵活：Go运行时的调度器在用户态实现了自己的调度算法，对Goroutine的调度更加灵活。例如，调度器可以在Goroutine阻塞时，将其从当前M上摘除，并在合适的时候重新调度到其他M上运行，而不需要依赖操作系统的调度机制。

实现要点

1. Goroutine队列：Go运行时维护多个Goroutine队列，包括全局队列和每个M对应的本地队列。新创建的Goroutine首先被放入全局队列，M在运行过程中优先从本地队列获取Goroutine来执行，如果本地队列为空，则从全局队列或其他M的本地队列窃取Goroutine。
2. 调度器：Go的调度器（runtime scheduler）负责管理Goroutine的生命周期，包括创建、调度、暂停和恢复。调度器采用协作式调度（cooperative scheduling），Goroutine在执行系统调用、I/O操作等可能导致阻塞的操作时，会主动让出CPU，让调度器有机会调度其他Goroutine。
3. M的管理：runtime通过系统调用向操作系统获取M，并将M与Goroutine进行绑定和解绑。当一个M上的Goroutine阻塞时，runtime会创建新的M来运行其他可运行的Goroutine，以充分利用CPU资源。同时，当M上的所有Goroutine都执行完毕或阻塞时，runtime会将M归还给操作系统，避免资源浪费。