深入解析golang中的协程调度器

Go语言中协程是非常重要的概念，支持高并发和分布式计算。协程是一种轻量级的线程，可以在同一个线程内并发执行，而不像传统线程需要创建多个线程。协程的调度器是Go语言的核心组成部分，它负责协程的调度和切换。本文将深入解析golang中的协程调度器的实现原理和相关技术知识。

协程调度器的基本原理

Go语言采用M:n的协程调度器设计模式，即将M个用户线程映射到n个OS线程上。用户线程是一个抽象的概念，它表示一个执行流程，而OS线程是操作系统的线程，它实际上是操作系统的调度单元。

协程调度器的结构如下图所示：

![协程调度器](https://cdn.jsdelivr.net/gh/wfnuser/FigureBed/img/golang-scheduler.png)

它由M个用户线程、n个OS线程和一个调度器组成。用户线程是由g0、g1、g2等协程组成的，每个协程都有自己的Goroutine、栈、调度状态等信息。OS线程是由m0、m1、m2等线程组成的，每个线程都有自己的调度器和协程调度队列。

协程调度器的工作流程如下：

1. 当创建一个协程时，该协程会被加入到一个全局协程队列中，等待调度器的调度。

2. 当某一个OS线程的协程调度队列为空时，该线程会从全局协程队列中取出一些协程，放入到自己的协程调度队列中。如果全局协程队列也为空，则该OS线程会进入休眠状态。

3. 当某一个用户线程执行完它所负责的协程时，该线程会通知某一个OS线程来调度其他协程。这个通知过程是通过管道来实现的。

4. 当某一个OS线程的协程调度队列中的协程执行完后，该线程会检查全局协程队列中是否有协程，如果有，则将它们取出放入协程调度队列中；如果没有，则该线程会休眠等待通知。

5. 当某一个协程调度器检测到某一个OS线程长时间没有响应时，该调度器会将该线程标记为失效状态，然后启动一个新的OS线程来替换它。

6. 最终，当所有的协程执行完毕，协程调度器会结束。

协程调度器的相关技术知识

1. 抢占式调度

Go语言的协程调度器采用的是抢占式调度，即某个协程执行完毕后，它会主动让出CPU资源，等待调度器的重新调度。这种调度方式可以保证每个协程的执行时间都是均衡的，避免了某个协程长时间独占CPU资源的情况。

2. 局部性原理

局部性原理是指由于程序中存在时间、空间、数据局部性等特点，使得程序的运行能够利用计算机的缓存，从而提高程序的执行效率和速度。在Go语言中，协程的分配和调度都是在同一个操作系统线程中完成的，利用了局部性原理，通过局部性原理可以减少线程切换的开销，提高程序的执行效率。

3. 系统调用

在Go语言中，如果协程执行了一个阻塞操作，如I/O操作，它将会释放CPU资源，等待操作完成。当阻塞操作完成时，操作系统会通知某个线程来执行这个协程，Go语言的协程调度器会将该协程从全局协程队列中取出，放入到某个操作系统线程的协程调度队列中，然后恢复该协程的执行状态。

4. GOMAXPROCS参数

GOMAXPROCS是一个环境变量，用于设置操作系统线程的数量。默认情况下，GOMAXPROCS的值等于CPU的核心数量，这意味着每个CPU核心都有一个操作系统线程。如果我们想要提高程序的并发性能，可以增加GOMAXPROCS的值，但是需要注意，GOMAXPROCS的值不能太大，否则会降低程序的性能。

结论

在Go语言中，协程调度器是一个非常重要的组成部分，它负责协程的调度和切换，支持高并发和分布式计算。协程调度器采用的是M:n的设计模式，利用了局部性原理、抢占式调度和系统调用等技术，从而提高程序的执行效率和速度。对于开发者来说，了解协程调度器的原理和相关技术知识是非常重要的，可以帮助我们设计高性能和优化的程序。