面试题：Go中Go调度器的M:N模型是什么

Question

请简述Go调度器的M:N模型，解释M和N分别代表什么，以及这种模型在Go语言并发编程中的优势与实现原理。

Answer 1

M:N模型简述

在Go调度器的M:N模型中，M代表操作系统线程（Machine threads），N代表协程（Goroutines）。它将多个协程映射到多个操作系统线程上，实现高效的并发执行。

M和N的含义

• M（操作系统线程）：是操作系统层面的线程，由操作系统内核进行调度和管理。它们负责实际执行CPU指令，每个M有自己的栈空间等资源。
• N（协程）：是Go语言层面的轻量级线程，由Go运行时（runtime）调度器管理。协程的创建、销毁和调度开销非常小，多个协程可以复用一个操作系统线程。

优势

• 高效利用资源：由于协程非常轻量级，创建和销毁开销小，可以在有限的操作系统线程上运行大量协程，减少了线程切换的开销和内存占用，提高了系统资源的利用率。
• 并发性能优越：通过M:N模型，Go调度器可以灵活地将协程调度到不同的操作系统线程上执行，充分利用多核CPU的优势，实现高效的并发编程。
• 简化编程模型：开发者无需关心底层线程的创建、销毁和调度细节，只需要专注于业务逻辑的实现，通过Go语言的go关键字轻松创建协程，使得并发编程更加简单和直观。

实现原理

1. Goroutine创建：当使用go关键字创建一个协程时，Go运行时会在堆上为其分配一个g结构体，该结构体包含了协程的栈空间、程序计数器、寄存器等信息。
2. 调度器结构：Go调度器主要由M（Machine）、P（Processor）和G（Goroutine）组成。P是逻辑处理器，它维护着一个本地的协程队列，同时也关联一个操作系统线程M。每个P负责管理一部分协程，并且在某个时刻只能绑定到一个M上。
3. 调度过程：
   • 初始状态：协程创建后，会被放入某个P的本地队列或者全局队列中。
   • 执行过程：M从绑定的P的本地队列中获取协程来执行。如果本地队列为空，M会尝试从全局队列或者其他P的本地队列中偷取协程（work - stealing机制）。
   • 阻塞处理：当一个协程执行系统调用等阻塞操作时，其所在的M会阻塞。此时，Go调度器会将该M上的其他协程迁移到其他P上继续执行，同时创建一个新的M来处理阻塞完成后的协程，保证系统的并发性能。
   • 调度时机：协程在执行过程中，会在一些特定的点（如函数调用、系统调用、channel操作等）主动让出执行权，调度器会根据调度策略选择下一个要执行的协程，从而实现多个协程在多个操作系统线程上的高效调度。