GMP 调度器

Go 的调度器是 M:N 调度器，多个 goroutine（G）映射到多个 OS 线程（M），通过逻辑处理器（P）调度。GMP 调度器实现了高效的并发和并行。

GMP 模型

G（Goroutine）

G 是 goroutine，Go 的用户态协程。G 包含：栈（初始 2KB）、程序计数器（当前执行的指令）、状态（运行、就绪、等待）。G 的状态切换：创建（_Gidle）、就绪（_Grunnable）、运行（_Grunning）、等待（_Gwaiting）、死亡（_Gdead）。

M（Machine）

M 是 machine，Go 对 OS 线程的抽象。M 包含：执行栈、G（当前运行的 G）、P（关联的 P）。M 可以阻塞（如系统调用），阻塞时 M 与 P 解绑，P 可以关联其他 M。

P（Processor）

P 是 processor，Go 的逻辑处理器。P 包含：本地 G 队列（runq，存储待运行的 G）、内存分配器（mcache）、GC 状态。P 的数量默认是 CPU 核心数，可以通过 GOMAXPROCS 调整。

调度流程

休眠状态

M0 是主线程（程序启动时创建），G0 是每个 M 的调度栈（不是用户 goroutine），P0 是主 P。初始时，P0 的本地队列为空，M0 与 P0 关联，M0 运行 G0（调度器代码）。

创建 G

创建 goroutine：go func() { ... }()。Go 运行时创建 G，G 的初始状态是 _Grunnable（就绪）。G 被添加到当前 P 的本地队列。如果本地队列满了（256 个），G 被添加到全局队列。

调度 G

M 从 P 的本地队列获取 G，如果本地队列为空，从全局队列获取 G（一次取多个）。如果全局队列也为空，从其他 P 的本地队列偷取 G（work stealing）。M 运行 G，G 的状态变为 _Grunning。

系统调用

G 执行系统调用（如文件 I/O），M 阻塞。M 与 P 解绑，P 可以关联其他 M（如果有空闲 M）。系统调用返回后，M 重新获取 P（可能是原来的 P，也可能是其他 P），继续运行 G。

如果系统调用时间过长（超过 20us），M 会被挂起，P 运行其他 G。系统调用返回后，M 重新关联 P，继续运行 G。

抢占式调度

Go 1.14 引入基于信号的抢占式调度。Go 运行时定期发送 SIGURG 信号给 M，M 收到信号后检查当前 G 是否执行时间过长，如果是，则挂起 G，调度其他 G。

抢占式调度防止某个 G 长时间占用 M，导致其他 G 饥饿。抢占式调度只针对用户代码，系统调用（如网络 I/O）本身就是可阻塞的。

工作窃取

本地队列优先

M 优先从关联的 P 的本地队列获取 G。本地队列的好处：不需要锁（单 M 访问）、CPU 缓存友好（数据局部性）。本地队列的大小是 256，超过则添加到全局队列。

全局队列

如果本地队列为空，M 从全局队列获取 G。获取 G 的数量：min(len(global), 61)，一次获取多个 G，减少锁竞争。

工作窃取

如果本地队列和全局队列都为空，M 从其他 P 的本地队列偷取 G。偷取策略：从其他 P 的队列尾部偷取一半 G，避免频繁窃取。工作窃取保证了负载均衡，某个 P 的 G 很多，其他 P 可以窃取。

系统监控

Sysmon

Sysmon 是系统监控器，独立运行的 goroutine，定期检查：网络轮询器（netpoll）是否有就绪的 G、强制 GC（如果超过 2 分钟未 GC）、抢占长时间运行的 G（Go 1.13 之前）。

网络轮询器

网络轮询器监控网络文件描述符，当描述符就绪时，将关联的 G 放回全局队列。网络 I/O 不会阻塞 M，M 可以运行其他 G。网络轮询器基于 epoll/kqueue，高效监控大量描述符。

调度器优化

减少锁竞争

本地队列避免了全局队列的锁竞争。工作窃取时，只锁定被窃取的 P 的队列，不锁定所有 P 的队列。

减少上下文切换

Goroutine 切换只保存三个寄存器（SP、PC、DX），开销小（约 10-100ns）。线程切换需要保存所有寄存器，开销大（约 1-10us）。

充分利用多核

P 的数量默认是 CPU 核心数，每个 P 关联一个 M，充分利用多核。可以通过 GOMAXPROCS 调整 P 的数量，但不建议超过 CPU 核心数（会导致过多的上下文切换）。

常见问题

Goroutine 泄漏

Goroutine 泄漏是指 goroutine 无法退出，一直占用资源。常见原因：channel 阻塞（发送或接收无缓冲 channel）、死锁、无限循环。

避免 goroutine 泄漏：使用 context 取消 goroutine、使用 select + default 非阻塞发送、设置超时。

过多的 Goroutine

创建过多的 goroutine 会导致内存占用高（每个 goroutine 2KB）、调度开销大（工作窃取频繁）。解决方案：限制并发数（worker pool 模式）、使用缓冲 channel。

阻塞系统调用

阻塞系统调用（如文件 I/O）会阻塞 M，导致 P 无法运行其他 G。解决方案：使用 netpoller（网络 I/O）、使用非阻塞 I/O（O_NONBLOCK）。

GMP 调度器是 Go 高并发的核心，理解 GMP 的工作原理，有助于编写高效的 Go 程序，诊断性能问题。