面试题：Go调度器与操作系统线程的关系

Question

请阐述Go调度器中的M（操作系统线程）、G（goroutine）和P（处理器）模型，以及它们如何与操作系统线程相互协作来实现高效的并发处理。并举例说明在什么情况下，Go调度器会创建新的M与操作系统线程关联。

Answer 1

M（操作系统线程）

• M代表操作系统线程，它是Go调度器与操作系统之间的桥梁。每个M都对应一个操作系统线程，负责执行实际的CPU指令。M可以运行一个或多个G，但是在同一时刻，一个M只能运行一个G。

G（goroutine）

• G是Go语言中的轻量级线程，即协程。它非常轻量，创建和销毁的开销极小。G包含了执行的代码逻辑、栈空间以及一些调度相关的信息。多个G可以复用一个M，由Go调度器负责在不同的G之间进行切换，实现并发执行。

P（处理器）

• P代表处理器上下文，它维护了一个本地的G队列。P的数量决定了同一时刻可以并发执行的G的数量，默认情况下，P的数量等于CPU的核心数。P的存在解耦了M和G，使得调度器可以更灵活地将G分配到不同的M上执行。

与操作系统线程的协作

1. M与操作系统线程：每个M都绑定一个操作系统线程，M负责将分配到它上面的G调度到对应的操作系统线程上执行。
2. P的作用：P提供了一个执行环境，M从P的本地G队列或者全局G队列中获取G来执行。P还负责管理一些与调度相关的状态，比如当前正在执行的G等。
3. 调度流程：当一个G被创建时，它会被放入全局G队列或者某个P的本地G队列中。M在运行过程中，会首先尝试从其关联的P的本地G队列中获取G来执行，如果本地队列为空，则会尝试从全局G队列或者其他P的本地G队列中偷取G来执行。

创建新M与操作系统线程关联的情况

1. G阻塞时：当一个M上运行的G执行系统调用（如I/O操作）而阻塞时，该M会被阻塞，但调度器为了不浪费CPU资源，会创建一个新的M，并将P绑定到这个新的M上，继续执行其他G。例如，当一个G执行net.Dial进行网络连接时，如果连接尚未建立，这个G会阻塞当前的M。此时，调度器会创建新的M，使得其他G可以继续在CPU上执行。
2. G数量过多时：如果全局G队列和所有P的本地G队列中积累了大量的G，并且现有M的数量不足以处理这些G时，调度器可能会创建新的M来增加并发处理能力。例如，在一个高并发的Web服务器应用中，短时间内接收了大量的HTTP请求，每个请求可能会启动一个G来处理，当G的数量超出了现有M的处理能力时，就会创建新的M。