本文內容主要分為三部分：
- main goroutine 的排程執行
- 非 main goroutine 的退出流程
- 工作執行緒的執行流程與排程迴圈。
main goroutine 的排程執行
runtime·rt0_go中在呼叫完runtime.newproc建立main goroutine後，就呼叫了runtime.mstart。讓我們來分析一下這個函式。
mstart
mstart沒什麼太多工作，然後就呼叫了mstart1。
func mstart() {
_g_ := getg()
// 在啟動階段，_g_.stack早就完成了初始化，所以osStack是false，下面被省略的也不會執行。
osStack := _g_.stack.lo == 0
......
_g_.stackguard0 = _g_.stack.lo + _StackGuard
_g_.stackguard1 = _g_.stackguard0
mstart1()
......
mexit(osStack)
}
mstart1
- 呼叫save儲存g0的狀態
- 處理訊號相關
- 呼叫 schedule 開始排程
func mstart1() {
_g_ := getg()
if _g_ != _g_.m.g0 {
throw("bad runtime·mstart")
}
save(getcallerpc(), getcallersp()) // 儲存呼叫mstart1的函式（mstart）的 pc 和 sp。
asminit() // 空函式
minit() // 訊號相關
if _g_.m == &m0 { // 初始化時會執行這裡，也是訊號相關
mstartm0()
}
if fn := _g_.m.mstartfn; fn != nil { // 初始化時 fn = nil，不會執行這裡
fn()
}
if _g_.m != &m0 { // 不是m0的話，沒有p。繫結一個p
acquirep(_g_.m.nextp.ptr())
_g_.m.nextp = 0
}
schedule()
}
save(pc, sp uintptr) 儲存排程資訊
儲存當前g（初始化時為g0）的狀態到sched欄位中。
func save(pc, sp uintptr) {
_g_ := getg()
_g_.sched.pc = pc
_g_.sched.sp = sp
_g_.sched.lr = 0
_g_.sched.ret = 0
_g_.sched.g = guintptr(unsafe.Pointer(_g_))
if _g_.sched.ctxt != nil {
badctxt()
}
}
schedule 開始排程
呼叫globrunqget、runqget、findrunnable獲取一個可執行的g
func schedule() {
_g_ := getg() // g0
......
var gp *g // 初始化時，經過下面一系列查詢，會找到main goroutine，因為目前為止整個執行時只有這一個g（除了g0）。
var inheritTime bool
......
if gp == nil {
// 該p上每進行61次就從全域性佇列中獲取一個g
if _g_.m.p.ptr().schedtick%61 == 0 && sched.runqsize > 0 {
lock(&sched.lock)
gp = globrunqget(_g_.m.p.ptr(), 1)
unlock(&sched.lock)
}
}
if gp == nil {
// 從p的runq中獲取一個g
gp, inheritTime = runqget(_g_.m.p.ptr())
// We can see gp != nil here even if the M is spinning,
// if checkTimers added a local goroutine via goready.
}
if gp == nil {
// 尋找可執行的g，會嘗試從本地，全域性執行對列獲取，如果沒有，從其他p那裡偷取。
gp, inheritTime = findrunnable() // blocks until work is available
}
......
execute(gp, inheritTime)
}
execute：安排g在當前m上執行
- 被排程的 g 與 m 相互繫結
- 更改g的狀態為 _Grunning
- 呼叫 gogo 切換到被排程的g上
func execute(gp *g, inheritTime bool) {
_g_ := getg() // g0
_g_.m.curg = gp // 與下面一行是 gp 和 m 相互繫結。gp 其實就是 main goroutine
gp.m = _g_.m
casgstatus(gp, _Grunnable, _Grunning) // 更改狀態
gp.waitsince = 0
gp.preempt = false
gp.stackguard0 = gp.stack.lo + _StackGuard
if !inheritTime {
_g_.m.p.ptr().schedtick++
}
......
gogo(&gp.sched)
}
gogo(buf *gobuf)
在本方法下面的講解中將使用newg代指被排程的g。
gogo函式是用匯編實現的。其作用是：載入newg的上下文，跳轉到gobuf.pc指向的函式。
// go/src/runtime/asm_amd64.s
TEXT runtime·gogo(SB), NOSPLIT, $16-8
MOVQ buf+0(FP), BX // bx = &gp.sched
MOVQ gobuf_g(BX), DX // dx = gp.sched.g ，也就是儲存的 newg 指標
MOVQ 0(DX), CX // make sure g != nil
get_tls(CX)
MOVQ DX, g(CX) // newg指標設定到tls
MOVQ gobuf_sp(BX), SP // 下面四條是載入上下文到cpu暫存器。
MOVQ gobuf_ret(BX), AX
MOVQ gobuf_ctxt(BX), DX
MOVQ gobuf_bp(BX), BP
MOVQ $0, gobuf_sp(BX) // 下面四條是清零，減少gc的工作量。
MOVQ $0, gobuf_ret(BX)
MOVQ $0, gobuf_ctxt(BX)
MOVQ $0, gobuf_bp(BX)
MOVQ gobuf_pc(BX), BX // gobuf.pc 儲存的是要執行的函式指標，初始化時此函式為runtime.main
JMP BX // 跳轉到要執行的函式
runtime.main：main函式的執行
在上面gogo執行最後的JMP指令，其實就是跳轉到了runtime.main。
func main() {
g := getg() // 獲取當前g，已經不是g0了，我們暫且稱為maing
if sys.PtrSize == 8 { // 64位系統，棧最大為1GB
maxstacksize = 1000000000
} else {
maxstacksize = 250000000
}
mainStarted = true
// 啟動監控程式，搶佔排程就是在這裡實現的
if GOARCH != "wasm" { // no threads on wasm yet, so no sysmon
systemstack(func() {
newm(sysmon, nil)
})
}
......
doInit(&runtime_inittask) // 呼叫runtime的初始化函式
......
runtimeInitTime = nanotime() // 記錄世界開始時間
gcenable() // 開啟gc
......
doInit(&main_inittask) // 呼叫main的初始化函式
......
fn := main_main // 呼叫main.main，也就是我們經常寫hello world的main。
fn()
......
exit(0) // 退出
}
runtime.main主要做了以下的工作：
- 啟動監控程式。
- 呼叫runtime的初始化函式。
- 開啟gc。
- 呼叫main的初始化函式。
- 呼叫main.main，執行完後退出。
非 main goroutine 的退出流程
首先明確一點，無論是main goroutine還是非main goroutine的都是呼叫newproc建立的，所以在排程上基本是一致的。
之前的文章中說過，在gostartcall函式中，會將goroutine要執行的函式fn偽造成是被goexit呼叫的。但是，當fn是runtime.main的時候是沒有用的，因為在runtime.main末尾會呼叫exit(0)退出程式。所以，這隻對非main goroutine起作用。讓我們簡單驗證一下。
先給出一個簡單的例子：
package main
import "fmt"
func main() {
ch := make(chan int)
go foo(ch)
fmt.Println(<-ch)
}
func foo(ch chan int) {
ch <- 1
}
dlv除錯一波：
root@xiamin:~/study# dlv debug foo.go
(dlv) b main.foo // 打個斷點
Breakpoint 1 set at 0x4ad86f for main.foo() ./foo.go:11
(dlv) c
> main.foo() ./foo.go:11 (hits goroutine(6):1 total:1) (PC: 0x4ad86f)
6: ch := make(chan int)
7: go foo(ch)
8: fmt.Println(<-ch)
9: }
10:
=> 11: func foo(ch chan int) {
12: ch <- 1
13: }
(dlv) bt // 可以看到呼叫棧中確實存在goexit
0 0x00000000004ad86f in main.foo
at ./foo.go:11
1 0x0000000000463df1 in runtime.goexit
at /root/go/src/runtime/asm_amd64.s:1373
// 此處執行三次 s，得到以下結果，確實是回到了goexit。
> runtime.goexit() /root/go/src/runtime/asm_amd64.s:1374 (PC: 0x463df1)
1370: // The top-most function running on a goroutine
1371: // returns to goexit+PCQuantum.
1372: TEXT runtime·goexit(SB),NOSPLIT,$0-0
1373: BYTE $0x90 // NOP
=>1374: CALL runtime·goexit1(SB) // does not return
1375: // traceback from goexit1 must hit code range of goexit
1376: BYTE $0x90 // NOP
我們暫且將關聯foo的g稱之為foog，接下來我們看一下它的退出流程。
goexit
TEXT runtime·goexit(SB),NOSPLIT,$0-0
BYTE $0x90 // NOP
CALL runtime·goexit1(SB) // does not return
// traceback from goexit1 must hit code range of goexit
BYTE $0x90 // NOP
goexit1
func goexit1() {
if raceenabled {
racegoend()
}
if trace.enabled {
traceGoEnd()
}
mcall(goexit0)
}
goexit和goexit1沒什麼可說的，看一下mcall
mcall(fn func(*g))
mcall的引數是個函式fn，而fn有個引數是*g，此處fn是goexit0。
mcall是由彙編編寫的：
TEXT runtime·mcall(SB), NOSPLIT, $0-8
MOVQ fn+0(FP), DI // 此處 di 儲存的是 funcval 結構體指標，funcval.fn 指向的是 goexit0。
get_tls(CX)
MOVQ g(CX), AX // 此處 ax 中儲存的是foog
// 儲存foog的上下文
MOVQ 0(SP), BX // caller's PC。mcall的返回地址，此處就是 goexit1 呼叫 mcall 時的pc
MOVQ BX, (g_sched+gobuf_pc)(AX) // foog.sched.pc = caller's PC
LEAQ fn+0(FP), BX // caller's SP。
MOVQ BX, (g_sched+gobuf_sp)(AX) // foog.sched.sp = caller's SP
MOVQ AX, (g_sched+gobuf_g)(AX) // foog.sched.g = foog
MOVQ BP, (g_sched+gobuf_bp)(AX) // foog.sched.bp = bp
// 切換到m.g0和它的棧，呼叫fn。
MOVQ g(CX), BX // 此處 bx 中儲存的是foog
MOVQ g_m(BX), BX // bx = foog.m
MOVQ m_g0(BX), SI // si = m.g0
CMPQ SI, AX // if g == m->g0 call badmcall
JNE 3(PC) // 上面的結果不相等就跳轉到下面第三行。
MOVQ $runtime·badmcall(SB), AX
JMP AX
MOVQ SI, g(CX) // g = m->g0。m.g0設定到tls
MOVQ (g_sched+gobuf_sp)(SI), SP // sp = m->g0->sched.sp。設定g0棧.
PUSHQ AX // fn的引數壓棧，ax = foog
MOVQ DI, DX
MOVQ 0(DI), DI // 讀取 funcval 結構的第一個成員，也就是 funcval.fn，此處是goexit0。
CALL DI // 呼叫 goexit0(foog)。
POPQ AX
MOVQ $runtime·badmcall2(SB), AX
JMP AX
RET
在此場景下，mcall做了以下工作：儲存foog的上下文。切換到g0及其棧，呼叫傳入的方法，並將foog作為引數。
可以看到mcall與gogo的作用正好相反：
- gogo實現了從g0切換到某個goroutine，執行關聯函式。
- mcall實現了儲存某個goroutine，切換到g0及其棧，並呼叫fn函式，其引數就是被儲存的goroutine指標。
goexit0
func goexit0(gp *g) {
_g_ := getg() // g0
casgstatus(gp, _Grunning, _Gdead) // 更改gp狀態為_Gdead
if isSystemGoroutine(gp, false) {
atomic.Xadd(&sched.ngsys, -1)
}
// 下面的一段就是清零gp的屬性
gp.m = nil
locked := gp.lockedm != 0
gp.lockedm = 0
_g_.m.lockedg = 0
gp.preemptStop = false
gp.paniconfault = false
gp._defer = nil // should be true already but just in case.
gp._panic = nil // non-nil for Goexit during panic. points at stack-allocated data.
gp.writebuf = nil
gp.waitreason = 0
gp.param = nil
gp.labels = nil
gp.timer = nil
......
dropg() // 解綁gp與當前m。_g_.m.curg.m = nil ; _g_.m.curg = nil 。
......
gfput(_g_.m.p.ptr(), gp) // 放入空閒列表。如果本地佇列太多，會轉移一部分到全域性佇列。
......
schedule() // 重新排程
}
goexit0做了以下工作：
- 將gp屬性清零與m解綁
- gfput 放入空閒列表
- schedule 重新排程
工作執行緒的執行流程與排程迴圈
以下給出一個工作執行緒的執行流程簡圖：
可以看到工作執行緒的執行是從mstart開始的。schedule->......->goexit0->schedule形成了一個排程迴圈。
高度概括一下執行流程與排程迴圈：
- mstart：主要是設定g0.stackguard0，g0.stackguard1。
- mstart1：呼叫save儲存callerpc和callerpc到g0.sched。然後呼叫schedule開始排程迴圈。
- schedule：獲得一個可執行的g。下面用gp代指。
- execute(gp *g, inheritTime bool)：繫結gp與當前m，狀態改為_Grunning。
- gogo(buf *gobuf)：載入gp的上下文，跳轉到buf.pc指向的函式。
- 執行buf.pc指向函式。
- goexit->goexit1：呼叫mcall(goexit0)。
- mcall(fn func(*g))：儲存當前g（也就是gp）的上下文；切換到g0及其棧，呼叫fn，引數為gp。
- goexit0(gp *g)：清零gp的屬性，狀態_Grunning改為_Gdead；dropg解綁m和gp；gfput放入佇列；schedule重新排程。