Go排程器系列（4）原始碼閱讀與探索

各位朋友，這次想跟大家分享一下Go排程器原始碼閱讀相關的知識和經驗，網路上已經有很多剖析原始碼的好文章，所以這篇文章不是又一篇原始碼剖析文章，注重的不是原始碼分析分享，而是帶給大家一些學習經驗，希望大家能更好的閱讀和掌握Go排程器的實現。

本文主要分2個部分：

1. 解決如何閱讀原始碼的問題。閱讀原始碼本質是把腦海裡已經有的排程設計，看看到底是不是這麼實現的，是怎麼實現的。
2. 帶給你一個探索Go排程器實現的辦法。原始碼都到手了，你可以修改、窺探，通過這種方式解決閱讀原始碼過程中的疑問，驗證一些想法。比如：負責排程的是g0，怎麼才能schedule()在執行時，當前是g0呢？

如何閱讀原始碼

閱讀前提

閱讀Go原始碼前，最好已經掌握Go排程器的設計和原理，如果你還無法回答以下問題：

1. 為什麼需要Go排程器？
2. Go排程器與系統排程器有什麼區別和關係/聯絡？
3. G、P、M是什麼，三者的關係是什麼？
4. P有預設幾個？
5. M同時能繫結幾個P？
6. M怎麼獲得G？
7. M沒有G怎麼辦？
8. 為什麼需要全域性G佇列？
9. Go排程器中的負載均衡的2種方式是什麼？
10. work stealing是什麼？什麼原理？
11. 系統呼叫對G、P、M有什麼影響？
12. Go排程器搶佔是什麼樣的？一定能搶佔成功嗎？

建議閱讀Go排程器系列文章，以及文章中的參考資料：

1. Go排程器系列（1）起源
2. Go排程器系列（2）巨集觀看排程器
3. Go排程器系列（3）圖解排程原理

優秀原始碼資料推薦

既然你已經能回答以上問題，說明你對Go排程器的設計已經有了一定的掌握，關於Go排程器原始碼的優秀資料已經有很多，我這裡推薦2個：

1. 雨痕的Go原始碼剖析六章併發排程，不止是原始碼，是以原始碼為基礎進行了詳細的Go排程器介紹：ttps://github.com/qyuhen/book
2. Go夜讀第12期，golang中goroutine的排程，M、P、G各自的一生狀態，以及轉換關係：https://reading.developerlearning.cn/reading/12-2018-08-02-goroutine-gpm/

Go排程器的原始碼還涉及GC等，閱讀原始碼時，可以暫時先跳過，主抓排程的邏輯。

另外，Go排程器涉及彙編，也許你不懂彙編，不用擔心，雨痕的文章對彙編部分有進行解釋。

最後，送大家一幅流程圖，畫出了主要的排程流程，大家也可邊閱讀邊畫，增加理解，高清版可到部落格下載（原圖原文跳轉）。

如何探索排程器

這部分教你探索Go排程器的原始碼，驗證想法，主要思想就是，下載Go的原始碼，新增除錯列印，編譯修改的原始檔，生成修改的go，然後使用修改go執行測試程式碼，觀察結果。

下載和編譯Go

1. Github下載，並且換到go1.11.2分支，本文所有程式碼修改都基於go1.11.2版本。

   $ GODIR=$GOPATH/src/github.com/golang/go
   $ mkdir -p $GODIR
   $ cd $GODIR/..
   $ git clone https://github.com/golang/go.git
   $ cd go
   $ git fetch origin go1.11.2
   $ git checkout origin/go1.11.2
   $ git checkout -b go1.11.2
   $ git checkout go1.11.2

2. 初次編譯，會跑測試，耗時長一點

   $ cd $GODIR/src
   $ ./all.bash

3. 以後每次修改go原始碼後可以這樣，4分鐘左右可以編譯完成

   
   $ cd  $GODIR/src
   $ time ./make.bash
   Building Go cmd/dist using /usr/local/go.
   Building Go toolchain1 using /usr/local/go.
   Building Go bootstrap cmd/go (go_bootstrap) using Go toolchain1.
   Building Go toolchain2 using go_bootstrap and Go toolchain1.
   Building Go toolchain3 using go_bootstrap and Go toolchain2.
   Building packages and commands for linux/amd64.
   ---
   Installed Go for linux/amd64 in /home/xxx/go/src/github.com/golang/go
   Installed commands in /home/xxx/go/src/github.com/golang/go/bin

real 1m11.675s user 4m4.464s sys 0m18.312s

編譯好的go和gofmt在`$GODIR/bin`目錄。
```bash
$ ll $GODIR/bin
total 16044
-rwxrwxr-x 1 vnt vnt 13049123 Apr 14 10:53 go
-rwxrwxr-x 1 vnt vnt  3377614 Apr 14 10:53 gofmt

1. 為了防止我們修改的go和過去安裝的go衝突，建立igo軟連線，指向修改的go。

   $ mkdir -p ~/testgo/bin
   $ cd ~/testgo/bin
   $ ln -sf $GODIR/bin/go igo

2. 最後，把~/testgo/bin加入到PATH，就能使用igo來編譯程式碼了，執行下igo，應當獲得go1.11.2的版本：

   $ igo version
   go version go1.11.2 linux/amd64

當前，已經掌握編譯和使用修改的go的辦法，接下來就以1個簡單的例子，教大家如何驗證想法。

驗證schedule()由g0執行

閱讀原始碼的文章，你已經知道了g0是負責排程的，並且g0是全域性變數，可在runtime包的任何地方直接使用，看到schedule()程式碼如下（所在檔案：$GODIR/src/runtime/proc.go）：

// One round of scheduler: find a runnable goroutine and execute it.
// Never returns.
func schedule() {
    // 獲取當前g，排程時這個g應當是g0
    _g_ := getg()

    if _g_.m.locks != 0 {
        throw("schedule: holding locks")
    }

    // m已經被某個g鎖定，先停止當前m，等待g可執行時，再執行g，並且還得到了g所在的p
    if _g_.m.lockedg != 0 {
        stoplockedm()
        execute(_g_.m.lockedg.ptr(), false) // Never returns.
    }

    // 省略...
}

問題：既然g0是負責排程的，為何schedule()每次還都執行_g_ := getg()，直接使用g0不行嗎？schedule()真的是g0執行的嗎？

在《Go排程器系列（2）巨集觀看排程器》這篇文章中我曾介紹了trace的用法，閱讀程式碼時發現使用debug.schedtrace和print()函式可以用作列印除錯資訊，那我們是不是可以使用這種方法列印我們想獲取的資訊呢？當然可以。

另外，注意print()並不是fmt.Print()，也不是C語言的printf，所以不是格式化輸出，它是彙編實現的，我們不深入去了解它的實現了，現在要掌握它的用法：

// The print built-in function formats its arguments in an
// implementation-specific way and writes the result to standard error.
// Print is useful for bootstrapping and debugging; it is not guaranteed
// to stay in the language.
func print(args ...Type)

從上面可以看到，它接受可變長引數，我們使用的時候只需要傳進去即可，但要手動控制格式。

我們修改schedule()函式，使用debug.schedtrace > 0控制列印，加入3行程式碼，把goid給列印出來，如果始終列印goid為0，則代表排程確實是由g0執行的：

if debug.schedtrace > 0 {
    print("schedule(): goid = ", _g_.goid, "\n") // 會是0嗎？是的
}

schedule()如下：

// One round of scheduler: find a runnable goroutine and execute it.
// Never returns.
func schedule() {
    // 獲取當前g，排程時這個g應當是g0
    _g_ := getg()

    if debug.schedtrace > 0 {
        print("schedule(): goid = ", _g_.goid, "\n") // 會是0嗎？是的
    }

    if _g_.m.locks != 0 {
        throw("schedule: holding locks")
    }
    // ...
}

編譯igo：

$ cd  $GODIR/src
$ ./make.bash

編寫一個簡單的demo（不能更簡單）：

package main

func main() {
}

結果如下，你會發現所有的schedule()函式呼叫都列印goid = 0，足以證明Go排程器的排程由g0完成（如果你認為還是缺乏說服力，可以寫複雜一些的demo）：

$ GODEBUG=schedtrace=1000 igo run demo1.go
schedule(): goid = 0
schedule(): goid = 0
SCHED 0ms: gomaxprocs=8 idleprocs=6 threads=4 spinningthreads=1 idlethreads=0 runqueue=0 [0 0 0 0 0 0 0 0]
schedule(): goid = 0
schedule(): goid = 0
schedule(): goid = 0
schedule(): goid = 0
schedule(): goid = 0
schedule(): goid = 0
schedule(): goid = 0
schedule(): goid = 0
schedule(): goid = 0
schedule(): goid = 0
schedule(): goid = 0
schedule(): goid = 0
schedule(): goid = 0
schedule(): goid = 0
// 省略幾百行

啟發比結論更重要，希望各位朋友在學習Go排程器的時候，能多一些自己的探索和研究，而不僅僅停留在看看別人文章之上。

參考資料

1. Installing Go from source

1. 如果這篇文章對你有幫助，請點個贊/喜歡，感謝。
2. 本文作者：大彬
3. 如果喜歡本文，隨意轉載，但請保留此原文連結：http://lessisbetter.site/2019/04/14/golang-scheduler-4-explore-source-code/