Go runtime 调度器之系统调用引起的抢占
作者：胡云Troy
本文解析了在Go语言中,当goroutine执行的系统调用时间过长时,系统如何通过监控和抢占机制来处理,以维持运行效率和资源分配的平衡,通过具体的示例和流程图,详细展示了系统调用过程中的抢占操作,感兴趣的朋友跟随小编一起看看吧
0. 前言
第八讲介绍了当 goroutine 运行时间过长会被抢占的情况。这一讲继续看 goroutine 执行系统调用时间过长的抢占。
1. 系统调用时间过长的抢占
看下面的示例：
func longSyscall() {
timeout := syscall.NsecToTimeval(int64(5 * time.Second))
fds := make([]syscall.FdSet, 1)
if _, err := syscall.Select(0, &fds[0], nil, nil, &timeout); err != nil {
fmt.Println("Error:", err)
}
fmt.Println("Select returned after timeout")
}
func main() {
threads := runtime.GOMAXPROCS(0)
for i := 0; i < threads; i++ {
go longSyscall()
}
time.Sleep(8 * time.Second)
}longSyscall goroutine 执行一个 5s 的系统调用，在系统调用过程中，sysmon 会监控 longSyscall，发现执行系统调用过长，会对其抢占。
回到 sysmon 线程看它是怎么抢占系统调用时间过长的 goroutine 的。
func sysmon() {
...
idle := 0 // how many cycles in succession we had not wokeup somebody
delay := uint32(0)
...
for {
if idle == 0 { // start with 20us sleep...
delay = 20
} else if idle > 50 { // start doubling the sleep after 1ms...
delay *= 2
}
if delay > 10*1000 { // up to 10ms
delay = 10 * 1000
}
usleep(delay)
...
// retake P's blocked in syscalls
// and preempt long running G's
if retake(now) != 0 {
idle = 0
} else {
idle++
}
...
}
}类似于运行时间过长的 goroutine，调用 retake 进行抢占：
func retake(now int64) uint32 {
n := 0
lock(&allpLock)
for i := 0; i < len(allp); i++ {
pp := allp[i]
if pp == nil {
continue
}
pd := &pp.sysmontick
s := pp.status
sysretake := false
if s == _Prunning || s == _Psyscall { // goroutine 处于 _Prunning 或 _Psyscall 时会抢占
// Preempt G if it's running for too long.
t := int64(pp.schedtick)
if int64(pd.schedtick) != t {
pd.schedtick = uint32(t)
pd.schedwhen = now
} else if pd.schedwhen+forcePreemptNS <= now {
// 对于 _Prunning 或者 _Psyscall 运行时间过长的情况，都会进入 preemptone
// preemptone 我们在运行时间过长的抢占中介绍过，它主要设置了 goroutine 的标志位
// 对于处于系统调用的 goroutine，这么设置并不会抢占。因为线程一直处于系统调用状态
preemptone(pp)
// In case of syscall, preemptone() doesn't
// work, because there is no M wired to P.
sysretake = true
}
}
if s == _Psyscall {
// Retake P from syscall if it's there for more than 1 sysmon tick (at least 20us).
// P 处于系统调用之中，需要检查是否需要抢占
// syscalltick 用于记录系统调用的次数，在完成系统调用之后加 1
t := int64(pp.syscalltick)
if !sysretake && int64(pd.syscalltick) != t {
// pd.syscalltick != pp.syscalltick，说明已经不是上次观察到的系统调用了，
// 而是另外一次系统调用，需要重新记录 tick 和 when 值
pd.syscalltick = uint32(t)
pd.syscallwhen = now
continue
}
// On the one hand we don't want to retake Ps if there is no other work to do,
// but on the other hand we want to retake them eventually
// because they can prevent the sysmon thread from deep sleep.
// 如果满足下面三个条件的一个则执行抢占：
// 1. 线程绑定的本地队列中有可运行的 goroutine
// 2. 没有无所事事的 P（表示大家都挺忙的，那就不要执行系统调用那么长时间占资源了）
// 3. 执行系统调用时间超过 10ms 的
if runqempty(pp) && sched.nmspinning.Load()+sched.npidle.Load() > 0 && pd.syscallwhen+10*1000*1000 > now {
continue
}
// 下面是执行抢占的逻辑
unlock(&allpLock)
// Need to decrement number of idle locked M's
// (pretending that one more is running) before the CAS.
// Otherwise the M from which we retake can exit the syscall,
// increment nmidle and report deadlock.
incidlelocked(-1)
if atomic.Cas(&pp.status, s, _Pidle) { // 将 P 的状态更新为 _Pidle
n++ // 抢占次数 + 1
pp.syscalltick++ // 系统调用抢占次数 + 1
handoffp(pp) // handoffp 抢占
}
incidlelocked(1)
lock(&allpLock)
}
}
unlock(&allpLock)
return uint32(n)
}进入 handoffp：
// Hands off P from syscall or locked M.
// Always runs without a P, so write barriers are not allowed.
//
//go:nowritebarrierrec
func handoffp(pp *p) {
// if it has local work, start it straight away
// 这里如果 P 的本地有工作（goroutine），或者全局有工作的话
// 将 P 和其它线程绑定，其它线程指的是不是执行系统调用的那个线程
// 执行系统调用的线程不需要 P 了，这时候把 P 释放出来，算是资源的合理利用，相比于线程，P 是有限的
if !runqempty(pp) || sched.runqsize != 0 {
startm(pp, false, false)
return
}
...
// no local work, check that there are no spinning/idle M's,
// otherwise our help is not required
if sched.nmspinning.Load()+sched.npidle.Load() == 0 && sched.nmspinning.CompareAndSwap(0, 1) { // TODO: fast atomic
sched.needspinning.Store(0)
startm(pp, true, false)
return
}
...
// 判断全局队列有没有工作要处理
if sched.runqsize != 0 {
unlock(&sched.lock)
startm(pp, false, false)
return
}
...
// 如果都没有工作，那就把 P 放到全局空闲队列中
pidleput(pp, 0)
unlock(&sched.lock)
}可以看到抢占系统调用过长的 goroutine，这里抢占的意思是释放系统调用线程所绑定的 P，抢占的意思不是不让线程做系统调用，而是把 P 释放出来。(由于前面设置了这个 goroutine 的 stackguard0，类似于 运行时间过长 goroutine 的抢占 的流程还是会走一遍的)。
我们看一个示意图可以更直观清晰的了解这个过程：
handoff 结束之后，增加抢占次数 n，retake 返回：
func sysmon() {
...
idle := 0 // how many cycles in succession we had not wokeup somebody
delay := uint32(0)
for {
if idle == 0 { // start with 20us sleep...
delay = 20 // 如果 idle == 0，表示 sysmon 需要打起精神来，要隔 20us 监控一次
} else if idle > 50 { // start doubling the sleep after 1ms...
delay *= 2 // 如果 idle 大于 50，表示循环了 50 次都没有抢占，sysmon 将加倍休眠，比较空，sysmon 也不浪费资源，先睡一会
}
if delay > 10*1000 { // up to 10ms
delay = 10 * 1000 // 当然，不能无限制睡下去。最大休眠时间设置成 10ms
}
if retake(now) != 0 {
idle = 0 // 有抢占，则 idle = 0，表示 sysmon 要忙起来
} else {
idle++ // 没有抢占，idle + 1
}
...
}
...
}2. 小结
本讲介绍了系统调用时间过长引起的抢占。下一讲将继续介绍异步抢占。
到此这篇关于Go runtime 调度器之系统调用引起的抢占的文章就介绍到这了,更多相关Go runtime 调度器 内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！