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6.Go 抢占式调度?


caspar
【点击观看视频】Go 抢占式调度?

在1.2版本之前,Go的调度器仍然不支持抢占式调度,程序只能依靠Goroutine主动让出CPU资源才能触发调度,这会引发一些问题,比如:

  • 某些 Goroutine 可以长时间占用线程,造成其它 Goroutine 的饥饿
  • 垃圾回收器是需要stop the world的,如果垃圾回收器想要运行了,那么它必须先通知其它的goroutine停下来,这会造成较长时间的等待时间

为解决这个问题:

  • Go 1.2 中实现了基于协作的“抢占式”调度
  • Go 1.14 中实现了基于信号的“抢占式”调度

# 基于协作的抢占式调度

协作式:大家都按事先定义好的规则来,比如:一个goroutine执行完后,退出,让出p,然后下一个goroutine被调度到p上运行。这样做的缺点就在于 是否让出p的决定权在groutine自身。一旦某个g不主动让出p或执行时间较长,那么后面的goroutine只能等着,没有方法让前者让出p,导致延迟甚至饿死。

非协作式: 就是由runtime来决定一个goroutine运行多长时间,如果你不主动让出,对不起,我有手段可以抢占你,把你踢出去,让后面的goroutine进来运行。

基于协作的抢占式调度流程:

  • 编译器会在调用函数前插入 runtime.morestack,让运行时有机会在这段代码中检查是否需要执行抢占调度

  • Go语言运行时会在垃圾回收暂停程序、系统监控发现 Goroutine 运行超过 10ms,那么会在这个协程设置一个抢占标记

  • 当发生函数调用时,可能会执行编译器插入的 runtime.morestack,它调用的 runtime.newstack会检查抢占标记,如果有抢占标记就会触发抢占让出cpu,切到调度主协程里

这种解决方案只能说局部解决了“饿死”问题,只在有函数调用的地方才能插入“抢占”代码(埋点),对于没有函数调用而是纯算法循环计算的 G,Go 调度器依然无法抢占。

比如,死循环等并没有给编译器插入抢占代码的机会,以下程序在 go 1.14 之前的 go版本中,运行后会一直卡住,而不会打印 I got scheduled!

package main

import (
    "fmt"
    "runtime"
    "time"
)

func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(1)
    go func() {
        for {
        }
    }()

    time.Sleep(time.Second)
    fmt.Println("I got scheduled!")
}
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为了解决这些问题,Go 在 1.14 版本中增加了对非协作的抢占式调度的支持,这种抢占式调度是基于系统信号的,也就是通过向线程发送信号的方式来抢占正在运行的 Goroutine

# 基于信号的抢占式调度

真正的抢占式调度是基于信号完成的,所以也称为“异步抢占”。不管协程有没有意愿主动让出 cpu 运行权,只要某个协程执行时间过长,就会发送信号强行夺取 cpu 运行权。

  • M 注册一个 SIGURG 信号的处理函数:sighandler
  • sysmon启动后会间隔性的进行监控,最长间隔10ms,最短间隔20us。如果发现某协程独占P超过10ms,会给M发送抢占信号
  • M 收到信号后,内核执行 sighandler 函数把当前协程的状态从_Grunning正在执行改成 _Grunnable可执行,把抢占的协程放到全局队列里,M继续寻找其他 goroutine 来运行
  • 被抢占的 G 再次调度过来执行时,会继续原来的执行流

抢占分为_Prunning和_Psyscall,_Psyscall抢占通常是由于阻塞性系统调用引起的,比如磁盘io、cgo。_Prunning抢占通常是由于一些类似死循环的计算逻辑引起的。

  • 基于协作的抢占式调度
  • 基于信号的抢占式调度