面试题：Go中goroutine调度的基本原理是什么

Question

请阐述Go语言中goroutine调度的基本概念、调度器模型（如M:N模型），以及G、M、P三者在调度过程中分别扮演的角色。

Answer 1

Go语言中goroutine调度基本概念

1. goroutine：Go语言中实现并发的轻量级执行单元，类似线程，但比线程更轻量，创建、销毁和切换的开销都极小。多个goroutine可在同一地址空间并发执行，共享内存，大大简化了并发编程。

调度器模型（M:N模型）

1. M:N模型：Go语言调度器采用M:N模型，即多个用户级线程（goroutine，对应N）映射到多个内核级线程（操作系统线程，对应M）上。与传统1:1模型（每个用户级线程对应一个内核级线程）相比，M:N模型能更高效地利用系统资源。在1:1模型中，一个线程阻塞会导致对应的内核线程阻塞，而M:N模型中，某个goroutine阻塞时，调度器可将其他可运行的goroutine调度到其他M上执行，避免整个程序阻塞。

G、M、P在调度过程中的角色

1. G（goroutine）
   • 定义：代表一个goroutine，包含了执行的函数、调用栈、局部变量等上下文信息。
   • 角色：是调度的基本单位，被创建后放入全局或局部的goroutine队列等待调度执行。当一个goroutine阻塞时，调度器会将其从执行状态切换到阻塞状态，并将其他可运行的goroutine调度到M上执行。当阻塞的原因解除（如I/O完成），该goroutine会被重新放入可运行队列等待再次调度。
2. M（machine）
   • 定义：代表一个内核级线程，由操作系统管理，是真正在CPU上执行代码的实体。
   • 角色：负责执行goroutine。每个M都有一个本地的goroutine队列，当M从P的本地队列或全局队列获取到一个可运行的goroutine后，就会在该M上执行这个goroutine。M在执行goroutine过程中，如果遇到系统调用等阻塞操作，会将当前正在执行的goroutine切换出去，自身进入阻塞状态，调度器会调度其他M来执行其他可运行的goroutine。当阻塞操作完成，M会尝试从P的队列中获取新的goroutine继续执行。
3. P（processor）
   • 定义：代表一个逻辑处理器，它维护了一个本地的goroutine队列，并且关联了一个M，用于管理和调度goroutine到M上执行。
   • 角色：它提供了执行goroutine的上下文环境，包括goroutine调度器的运行时状态，如本地goroutine队列等。P的数量可以通过runtime.GOMAXPROCS函数设置，它决定了同一时刻最多有多少个M可以并行执行用户代码。P在调度过程中，会优先从自己的本地goroutine队列中获取goroutine给关联的M执行，如果本地队列为空，则会从全局goroutine队列或其他P的本地队列中窃取goroutine，以保证M始终有工作可做。