1. goroutine源码分析
1.1 初始化
go程序的启动流程分为四步
- call osinit， 这里就是设置了全局变量ncpu = cpu核心数量
- call schedinit
- make & queue new G （runtime.newproc, go func()也是调用这个函数来创建goroutine）
- call runtime·mstart
其中，schedinit 就是调度器的初始化，除了schedinit 中对内存分配，垃圾回收等操作，针对调度器的初始化大致就是初始化自身，设置最大的maxmcount， 确定p的数量并初始化这些操作。
schedinit
schedinit这里对当前m进行了初始化，并根据osinit获取到的CPU核数和设置的GOMAXPROCS确定P的数量，并进行初始化。
1 func schedinit() {
2 // 从TLS或者专用寄存器获取当前g的指针类型
3 _g_ := getg()
4 // 设置m最大的数量
5 sched.maxmcount = 10000
6
7 // 初始化栈的复用空间
8 stackinit()
9 // 初始化当前m
10 mcommoninit(_g_.m)
11
12 // osinit的时候会设置 ncpu这个全局变量，这里就是根据cpu核心数和参数GOMAXPROCS来确定p的数量
13 procs := ncpu
14 if n, ok := atoi32(gogetenv("GOMAXPROCS")); ok && n > 0 {
15 procs = n
16 }
17 // 生成设定数量的p
18 if procresize(procs) != nil {
19 throw("unknown runnable goroutine during bootstrap")
20 }
21 }
初始化当前M时调用了 mcommoninit() 函数，再看下这个函数的实现
mcommoninit
1 func mcommoninit(mp *m) {
2 _g_ := getg()
3
4 lock(&sched.lock)
5 // 判断mnext的值是否溢出，mnext需要赋值给m.id
6 if sched.mnext+1 < sched.mnext {
7 throw("runtime: thread ID overflow")
8 }
9 mp.id = sched.mnext
10 sched.mnext++
11 // 判断m的数量是否比maxmcount设定的要多，如果超出直接报异常
12 checkmcount()
13 // 创建一个新的g用于处理signal，并分配栈
14 mpreinit(mp)
15 if mp.gsignal != nil {
16 mp.gsignal.stackguard1 = mp.gsignal.stack.lo + _StackGuard
17 }
18
19 //添加到allm，以便垃圾收集器不会释放g-> m
20 //仅在寄存器或线程本地存储中时。
21
22 // 接下来的两行，首先将当前m放到allm的头，然后原子操作，将当前m的地址，赋值给m，这样就将当前m添加到了allm链表的头了
23 mp.alllink = allm
24
25 // NumCgoCall（）遍历不带schedlock的allm，
26 //，因此我们需要安全地发布它。
27 atomicstorep(unsafe.Pointer(&allm), unsafe.Pointer(mp))
28 unlock(&sched.lock)
29
30 //如果cgo调用崩溃，则分配内存以保留cgo追溯。
31 if iscgo || GOOS == "solaris" || GOOS == "windows" {
32 mp.cgoCallers = new(cgoCallers)
33 }
34 }
在这里就开始涉及到了m链表了，这个链表可以如下图表示：
再来看一下生成P的函数procesize：
procresize
这个函数可以改变p的数量，多退少补的原则，在初始化过程中，由于最开始是没有p的，所以开始的作用就是初始化设定数量的p。procresize不仅在初始化的时候会被调用，当用户手动调用runtime.GOMAXPROCS 的时候，会重新设定 nprocs，然后执行 startTheWorld()， startTheWorld()会是使用新的 nprocs 再次调用procresize 这个方法。
1 func procresize(nprocs int32) *p {
2 old := gomaxprocs
3 if old < 0 || nprocs <= 0 {
4 throw("procresize: invalid arg")
5 }
6 // 更新统计
7 now := nanotime()
8 if sched.procresizetime != 0 {
9 sched.totaltime += int64(old) * (now - sched.procresizetime)
10 }
11 sched.procresizetime = now
12
13 // Grow allp if necessary.
14 // 如果新给的p的数量比原先的p的数量多，则新建增长的p
15 if nprocs > int32(len(allp)) {
16 // 与取录同步（可能正在运行）同时运行，因为它不在P上运行。
17 lock(&allpLock)
18 // 判断allp 的cap是否满足增长后的长度，满足就直接使用，不满足，则需要扩张这个slice
19 if nprocs <= int32(cap(allp)) {
20 allp = allp[:nprocs]
21 } else {
22 nallp := make([]*p, nprocs)
23 //复制所有内容至allp的上限，因此我们永远不会丢失旧分配的P。
24 copy(nallp, allp[:cap(allp)])
25 allp = nallp
26 }
27 unlock(&allpLock)
28 }
29
30 // initialize new P's
31 // 初始化新增的p
32 for i := int32(0); i < nprocs; i++ {
33 pp := allp[i]
34 if pp == nil {
35 pp = new(p)
36 pp.id = i
37 pp.status = _Pgcstop
38 pp.sudogcache = pp.sudogbuf[:0]
39 for i := range pp.deferpool {
40 pp.deferpool[i] = pp.deferpoolbuf[i][:0]
41 }
42 pp.wbBuf.reset()
43 // allp是一个slice，直接将新增的p放到对应的索引下面就ok了
44 atomicstorep(unsafe.Pointer(&allp[i]), unsafe.Pointer(pp))
45 }
46 if pp.mcache == nil {
47 // 初始化时，old=0，第一个新建的p给当前的m使用
48 if old == 0 && i == 0 {
49 if getg().m.mcache == nil {
50 throw("missing mcache?")
51 }
52 pp.mcache = getg().m.mcache // bootstrap
53 } else {
54 // 为p分配内存
55 pp.mcache = allocmcache()
56 }
57 }
58 }
59
60 // free unused P's
61 // 释放掉多余的p，当新设置的p的数量，比原先设定的p的数量少的时候，会走到这个流程
62 // 通过 runtime.GOMAXPROCS 就可以动态的修改nprocs
63 for i := nprocs; i < old; i++ {
64 p := allp[i]
65 // move all runnable goroutines to the global queue
66 // 把当前p的运行队列里的g转移到全局的g的队列
67 for p.runqhead != p.runqtail {
68 // pop from tail of local queue
69 p.runqtail--
70 gp := p.runq[p.runqtail%uint32(len(p.runq))].ptr()
71 // push onto head of global queue
72 globrunqputhead(gp)
73 }
74 // 把runnext里的g也转移到全局队列
75 if p.runnext != 0 {
76 globrunqputhead(p.runnext.ptr())
77 p.runnext = 0
78 }
79 // if there's a background worker, make it runnable and put
80 // it on the global queue so it can clean itself up
81 // 如果有gc worker的话，修改g的状态，然后再把它放到全局队列中
82 if gp := p.gcBgMarkWorker.ptr(); gp != nil {
83 casgstatus(gp, _Gwaiting, _Grunnable)
84 globrunqput(gp)
85 // This assignment doesn't race because the
86 // world is stopped.
87 p.gcBgMarkWorker.set(nil)
88 }
89 // sudoig的buf和cache，以及deferpool全部清空
90 for i := range p.sudogbuf {
91 p.sudogbuf[i] = nil
92 }
93 p.sudogcache = p.sudogbuf[:0]
94 for i := range p.deferpool {
95 for j := range p.deferpoolbuf[i] {
96 p.deferpoolbuf[i][j] = nil
97 }
98 p.deferpool[i] = p.deferpoolbuf[i][:0]
99 }
100 // 释放掉当前p的mcache
101 freemcache(p.mcache)
102 p.mcache = nil
103 // 把当前p的gfree转移到全局
104 gfpurge(p)
105 // 修改p的状态，让他自生自灭去了
106 p.status = _Pdead
107 // 无法释放P本身，因为它可以被syscall中的M引用
108 }
109
110 // Trim allp.
111 if int32(len(allp)) != nprocs {
112 lock(&allpLock)
113 allp = allp[:nprocs]
114 unlock(&allpLock)
115 }
116 // 判断当前g是否有p，有的话更改当前使用的p的状态，继续使用
117 _g_ := getg()
118 if _g_.m.p != 0 && _g_.m.p.ptr().id < nprocs {
119 // continue to use the current P
120 _g_.m.p.ptr().status = _Prunning
121 } else {
122 // release the current P and acquire allp[0]
123 // 如果当前g有p，但是拥有的是已经释放的p，则不再使用这个p，重新分配
124 if _g_.m.p != 0 {
125 _g_.m.p.ptr().m = 0
126 }
127 // 分配allp[0]给当前g使用
128 _g_.m.p = 0
129 _g_.m.mcache = nil
130 p := allp[0]
131 p.m = 0
132 p.status = _Pidle
133 // 将p m g绑定，并把m.mcache指向p.mcache，并修改p的状态为_Prunning
134 acquirep(p)
135 }
136 var runnablePs *p
137 for i := nprocs - 1; i >= 0; i-- {
138 p := allp[i]
139 if _g_.m.p.ptr() == p {
140 continue
141 }
142 p.status = _Pidle
143 // 根据 runqempty 来判断当前p的g运行队列是否为空
144 if runqempty(p) {
145 // g运行队列为空的p，放到 sched的pidle队列里面
146 pidleput(p)
147 } else {
148 // g 运行队列不为空的p，组成一个可运行队列，并最后返回
149 p.m.set(mget())
150 p.link.set(runnablePs)
151 runnablePs = p
152 }
153 }
154 stealOrder.reset(uint32(nprocs))
155 var int32p *int32 = &gomaxprocs // make compiler check that gomaxprocs is an int32
156 atomic.Store((*uint32)(unsafe.Pointer(int32p)), uint32(nprocs))
157 return runnablePs
158 }
- runqempty: 根据 p.runqtail == p.runqhead 和 p.runnext 来判断有没有待运行的g
- pidleput: 将当前的p设置为 sched.pidle，然后根据p.link将空闲p串联起来，可参考上图allm的链表示意图
1.2 任务
只需要使用 go func 就可以创建一个goroutine，编译器会将go func 翻译成 newproc 进行调用，新建的任务是如何调用的呢，下面从创建开始进行源码跟踪
newproc
newproc 函数获取了参数和当前g的pc信息，并通过g0调用newproc1去真正的执行创建或获取可用的g：
1 func newproc(siz int32, fn *funcval) {
2 // 获取第一参数地址
3 argp := add(unsafe.Pointer(&fn), sys.PtrSize)
4 // 获取当前执行的g
5 gp := getg()
6 // 获取当前g的pc
7 pc := getcallerpc()
8 systemstack(func() {
9 // 使用g0去执行newproc1函数
10 newproc1(fn, (*uint8)(argp), siz, gp, pc)
11 })
12 }
newproc1
newporc1 的作用就是创建或者获取一个空的g，并初始化这个g，并尝试寻找一个p和m去执行g。
1 func newproc1(fn *funcval, argp *uint8, narg int32, callergp *g, callerpc uintptr) {
2 _g_ := getg()
3
4 if fn == nil {
5 _g_.m.throwing = -1 // 不要转储完整的堆栈
6 throw("go of nil func value")
7 }
8 // 加锁禁止被抢占
9 _g_.m.locks++ // 禁用抢占，因为它可以将p保留在本地变量中
10 siz := narg
11 siz = (siz + 7) &^ 7
12
13 // We could allocate a larger initial stack if necessary.
14 // Not worth it: this is almost always an error.
15 // 4*sizeof(uintreg): extra space added below
16 // sizeof(uintreg): caller's LR (arm) or return address (x86, in gostartcall).
17
18 // 如果参数过多，则直接抛出异常，栈大小是2k
19 if siz >= _StackMin-4*sys.RegSize-sys.RegSize {
20 throw("newproc: function arguments too large for new goroutine")
21 }
22
23 _p_ := _g_.m.p.ptr()
24 // 尝试获取一个空闲的g，如果获取不到，则新建一个，并添加到allg里面
25 // gfget首先会尝试从p本地获取空闲的g，如果本地没有的话，则从全局获取一堆平衡到本地p
26 newg := gfget(_p_)
27 if newg == nil {
28 newg = malg(_StackMin)
29 casgstatus(newg, _Gidle, _Gdead)
30 // 新建的g，添加到全局的 allg里面，allg是一个slice， append进去即可
31 allgadd(newg) // publishes with a g->status of Gdead so GC scanner doesn't look at uninitialized stack.
32 }
33 // 判断获取的g的栈是否正常
34 if newg.stack.hi == 0 {
35 throw("newproc1: newg missing stack")
36 }
37 // 判断g的状态是否正常
38 if readgstatus(newg) != _Gdead {
39 throw("newproc1: new g is not Gdead")
40 }
41 // 预留一点空间，防止读取超出一点点
42 totalSize := 4*sys.RegSize + uintptr(siz) + sys.MinFrameSize // 多余的空间，以防读取超出框架
43 // 空间大小进行对齐
44 totalSize += -totalSize & (sys.SpAlign - 1) // align to spAlign
45 sp := newg.stack.hi - totalSize
46 spArg := sp
47 // usesLr 为0，这里不执行
48 if usesLR {
49 // caller's LR
50 *(*uintptr)(unsafe.Pointer(sp)) = 0
51 prepGoExitFrame(sp)
52 spArg += sys.MinFrameSize
53 }
54 if narg > 0 {
55 // 将参数拷贝入栈
56 memmove(unsafe.Pointer(spArg), unsafe.Pointer(argp), uintptr(narg))
57 // ... 省略 ...
58 }
59 // 初始化用于保存现场的区域及初始化基本状态
60 memclrNoHeapPointers(unsafe.Pointer(&newg.sched), unsafe.Sizeof(newg.sched))
61 newg.sched.sp = sp
62 newg.stktopsp = sp
63 // 这里保存了goexit的地址，在用户函数执行完成后，会根据pc来执行goexit
64 newg.sched.pc = funcPC(goexit) + sys.PCQuantum // +PCQuantum so that previous instruction is in same function
65 newg.sched.g = guintptr(unsafe.Pointer(newg))
66 // 这里调整 sched 信息，pc = goexit的地址
67 gostartcallfn(&newg.sched, fn)
68 newg.gopc = callerpc
69 newg.ancestors = saveAncestors(callergp)
70 newg.startpc = fn.fn
71 if _g_.m.curg != nil {
72 newg.labels = _g_.m.curg.labels
73 }
74 if isSystemGoroutine(newg) {
75 atomic.Xadd(&sched.ngsys, +1)
76 }
77 newg.gcscanvalid = false
78 casgstatus(newg, _Gdead, _Grunnable)
79 // 如果p缓存的goid已经用完，本地再从sched批量获取一点
80 if _p_.goidcache == _p_.goidcacheend {
81 / Sched.goidgen是最后分配的ID，此批次必须为[sched.goidgen + 1，sched.goidgen + GoidCacheBatch]。
82 //在启动时sched.goidgen = 0，因此主goroutine接收goid = 1。
83 _p_.goidcache = atomic.Xadd64(&sched.goidgen, _GoidCacheBatch)
84 _p_.goidcache -= _GoidCacheBatch - 1
85 _p_.goidcacheend = _p_.goidcache + _GoidCacheBatch
86 }
87 // 分配goid
88 newg.goid = int64(_p_.goidcache)
89 _p_.goidcache++
90 // 把新的g放到 p 的可运行g队列中
91 runqput(_p_, newg, true)
92 // 判断是否有空闲p，且是否需要唤醒一个m来执行g
93 if atomic.Load(&sched.npidle) != 0 && atomic.Load(&sched.nmspinning) == 0 && mainStarted {
94 wakep()
95 }
96 _g_.m.locks--
97 if _g_.m.locks == 0 && _g_.preempt { // 恢复抢占请求，以防我们在新堆栈中清除了它
98 _g_.stackguard0 = stackPreempt
99 }
100 }
gfget
这个函数就是看一下p有没有空闲的g，没有则去全局的freeg队列查找，这里就涉及了p本地和全局平衡的一个交互了：
1 func gfget(_p_ *p) *g {
2 retry:
3 gp := _p_.gfree
4 // 本地的g队列为空，且全局队列不为空，则从全局队列一次获取至多32个下来，如果全局队列不够就算了
5 if gp == nil && (sched.gfreeStack != nil || sched.gfreeNoStack != nil) {
6 lock(&sched.gflock)
7 for _p_.gfreecnt < 32 {
8 if sched.gfreeStack != nil {
9 // 优先选择带堆栈的Gs。
10 gp = sched.gfreeStack
11 sched.gfreeStack = gp.schedlink.ptr()
12 } else if sched.gfreeNoStack != nil {
13 gp = sched.gfreeNoStack
14 sched.gfreeNoStack = gp.schedlink.ptr()
15 } else {
16 break
17 }
18 _p_.gfreecnt++
19 sched.ngfree--
20 gp.schedlink.set(_p_.gfree)
21 _p_.gfree = gp
22 }
23 // 已经从全局拿了g了，再去从头开始判断
24 unlock(&sched.gflock)
25 goto retry
26 }
27 // 如果拿到了g，则判断g是否有栈，没有栈就分配
28 // 栈的分配跟内存分配差不多，首先创建几个固定大小的栈的数组，然后到指定大小的数组里面去分配就ok了，过大则直接全局分配
29 if gp != nil {
30 _p_.gfree = gp.schedlink.ptr()
31 _p_.gfreecnt--
32 if gp.stack.lo == 0 {
33 // 堆栈已在gfput中释放，分配一个新的。
34 systemstack(func() {
35 gp.stack = stackalloc(_FixedStack)
36 })
37 gp.stackguard0 = gp.stack.lo + _StackGuard
38 } else {
39 // ... 省略 ...
40 }
41 }
42 // 注意： 如果全局没有g，p也没有g，则返回的gp还是nil
43 return gp
44 }
runqput
runqput会把g放到p的本地队列或者p.runnext，如果p的本地队列过长，则把g到全局队列，同时平衡p本地队列的一半到全局
1 func runqput(_p_ *p, gp *g, next bool) {
2 if randomizeScheduler && next && fastrand()%2 == 0 {
3 next = false
4 }
5 // 如果next为true，则放入到p.runnext里面，并把原先runnext的g交换出来
6 if next {
7 retryNext:
8 oldnext := _p_.runnext
9 if !_p_.runnext.cas(oldnext, guintptr(unsafe.Pointer(gp))) {
10 goto retryNext
11 }
12 if oldnext == 0 {
13 return
14 }
15 // Kick the old runnext out to the regular run queue.
16 gp = oldnext.ptr()
17 }
18
19 retry:
20 h := atomic.Load(&_p_.runqhead) // load-acquire, synchronize with consumers
21 t := _p_.runqtail
22 // 判断p的队列的长度是否超了， runq是一个长度为256的数组，超出的话就会放到全局队列了
23 if t-h < uint32(len(_p_.runq)) {
24 _p_.runq[t%uint32(len(_p_.runq))].set(gp)
25 atomic.Store(&_p_.runqtail, t+1) // store-release, makes the item available for consumption
26 return
27 }
28 // 把g放到全局队列
29 if runqputslow(_p_, gp, h, t) {
30 return
31 }
32 // the queue is not full, now the put above must succeed
33 goto retry
34 }
runqputslow
1 func runqputslow(_p_ *p, gp *g, h, t uint32) bool {
2 var batch [len(_p_.runq)/2 + 1]*g
3
4 // 首先，从本地队列中抓取一批。
5 n := t - h
6 n = n / 2
7 if n != uint32(len(_p_.runq)/2) {
8 throw("runqputslow: queue is not full")
9 }
10 // 获取p后面的一半
11 for i := uint32(0); i < n; i++ {
12 batch[i] = _p_.runq[(h+i)%uint32(len(_p_.runq))].ptr()
13 }
14 if !atomic.Cas(&_p_.runqhead, h, h+n) { // cas-release, commits consume
15 return false
16 }
17 batch[n] = gp
18
19 // 链接goroutines。
20 for i := uint32(0); i < n; i++ {
21 batch[i].schedlink.set(batch[i+1])
22 }
23
24 // 现在将批次放入全局队列。
25 // 放到全局队列队尾
26 lock(&sched.lock)
27 globrunqputbatch(batch[0], batch[n], int32(n+1))
28 unlock(&sched.lock)
29 return true
30 }
新建任务至此基本结束，创建完成任务后，等待调度执行就好了，从上面可以看出，任务的优先级是 p.runnext > p.runq > sched.runq
g从创建到执行结束并放入free队列中的状态转换大致如下图所示：
wakep
当 newproc1创建完任务后，会尝试唤醒m来执行任务
1 func wakep() {
2 // 对旋转线程持保守态度。
3 // 一次应该只有一个m在spining，否则就退出
4 if !atomic.Cas(&sched.nmspinning, 0, 1) {
5 return
6 }
7 // 调用startm来执行
8 startm(nil, true)
9 }
startm
调度m或者创建m来运行p，如果p==nil，就会尝试获取一个空闲p，p的队列中有g，拿到p后才能拿到g
1 func startm(_p_ *p, spinning bool) {
2 lock(&sched.lock)
3 if _p_ == nil {
4 // 如果没有指定p, 则从sched.pidle获取空闲的p
5 _p_ = pidleget()
6 if _p_ == nil {
7 unlock(&sched.lock)
8 // 如果没有获取到p，重置nmspinning
9 if spinning {
10 // The caller增加了nmspinning，但是没有空闲的Ps，因此，只需取消增量并放弃就可以了。
11 if int32(atomic.Xadd(&sched.nmspinning, -1)) < 0 {
12 throw("startm: negative nmspinning")
13 }
14 }
15 return
16 }
17 }
18 // 首先尝试从 sched.midle获取一个空闲的m
19 mp := mget()
20 unlock(&sched.lock)
21 if mp == nil {
22 // 如果获取不到空闲的m，则创建一个 mspining = true的m，并将p绑定到m上，直接返回
23 var fn func()
24 if spinning {
25 // The caller incremented nmspinning, so set m.spinning in the new M.
26 fn = mspinning
27 }
28 newm(fn, _p_)
29 return
30 }
31 // 判断获取到的空闲m是否是spining状态
32 if mp.spinning {
33 throw("startm: m is spinning")
34 }
35 // 判断获取到的m是否有p
36 if mp.nextp != 0 {
37 throw("startm: m has p")
38 }
39 if spinning && !runqempty(_p_) {
40 throw("startm: p has runnable gs")
41 }
42 // The caller incremented nmspinning, so set m.spinning in the new M.
43 // 调用函数的父函数已经增加了nmspinning， 这里只需要设置m.spining就ok了，同时把p绑上来
44 mp.spinning = spinning
45 mp.nextp.set(_p_)
46 // 唤醒m
47 notewakeup(&mp.park)
48 }
newm
newm 通过allocm函数来创建新m
1 func newm(fn func(), _p_ *p) {
2 // 新建一个m
3 mp := allocm(_p_, fn)
4 // 为这个新建的m绑定指定的p
5 mp.nextp.set(_p_)
6 // ... 省略 ...
7 // 创建系统线程
8 newm1(mp)
9 }
new1m
1 func newm1(mp *m) {
2 // runtime cgo包会把iscgo设置为true，这里不分析
3 if iscgo {
4 var ts cgothreadstart
5 if _cgo_thread_start == nil {
6 throw("_cgo_thread_start missing")
7 }
8 ts.g.set(mp.g0)
9 ts.tls = (*uint64)(unsafe.Pointer(&mp.tls[0]))
10 ts.fn = unsafe.Pointer(funcPC(mstart))
11 if msanenabled {
12 msanwrite(unsafe.Pointer(&ts), unsafe.Sizeof(ts))
13 }
14 execLock.rlock() //防止进程克隆。
15 asmcgocall(_cgo_thread_start, unsafe.Pointer(&ts))
16 execLock.runlock()
17 return
18 }
19 execLock.rlock() // Prevent process clone.
20 newosproc(mp)
21 execLock.runlock()
22 }
newosproc
newosproc 创建一个新的系统线程，并执行mstart_stub函数，之后调用mstart函数进入调度，后面在执行流程会分析
1 func newosproc(mp *m) {
2 stk := unsafe.Pointer(mp.g0.stack.hi)
3 //初始化属性对象。
4 var attr pthreadattr
5 var err int32
6 err = pthread_attr_init(&attr)
7
8 // 最后，创建线程。它从mstart_stub开始，它执行一些低级操作设置，然后调用mstart。
9 var oset sigset
10 sigprocmask(_SIG_SETMASK, &sigset_all, &oset)
11 // 创建线程，并传入启动启动函数 mstart_stub， mstart_stub 之后调用mstart
12 err = pthread_create(&attr, funcPC(mstart_stub), unsafe.Pointer(mp))
13 sigprocmask(_SIG_SETMASK, &oset, nil)
14 if err != 0 {
15 write(2, unsafe.Pointer(&failthreadcreate[0]), int32(len(failthreadcreate)))
16 exit(1)
17 }
18 }
allocm
allocm这里首先会释放 sched的freem，然后再去创建m，并初始化m：
1 func allocm(_p_ *p, fn func()) *m {
2 _g_ := getg()
3 _g_.m.locks++ // 禁用GC，因为可以从sysmon调用它
4 if _g_.m.p == 0 {
5 acquirep(_p_) // 在此函数中临时为mallocs借用p
6 }
7
8 // 释放免费的M列表。我们需要在某个地方这样做，这样可以释放我们可以使用的堆栈。
9 // 首先释放掉freem列表
10 if sched.freem != nil {
11 lock(&sched.lock)
12 var newList *m
13 for freem := sched.freem; freem != nil; {
14 if freem.freeWait != 0 {
15 next := freem.freelink
16 freem.freelink = newList
17 newList = freem
18 freem = next
19 continue
20 }
21 stackfree(freem.g0.stack)
22 freem = freem.freelink
23 }
24 sched.freem = newList
25 unlock(&sched.lock)
26 }
27
28 mp := new(m)
29 // 启动函数，根据startm调用来看，这个fn就是 mspinning， 会将m.mspinning设置为true
30 mp.mstartfn = fn
31 // 初始化m，上面已经分析了
32 mcommoninit(mp)
33 //如果是cgo或Solaris或Darwin，pthread_create将使我们成为堆栈。
34 // Windows和Plan 9将在操作系统堆栈上安排预定的堆栈。
35 // 为新的m创建g0
36 if iscgo || GOOS == "solaris" || GOOS == "windows" || GOOS == "plan9" || GOOS == "darwin" {
37 mp.g0 = malg(-1)
38 } else {
39 mp.g0 = malg(8192 * sys.StackGuardMultiplier)
40 }
41 // 为mp的g0绑定自己
42 mp.g0.m = mp
43 // 如果当前的m所绑定的是参数传递过来的p，解除绑定，因为参数传递过来的p稍后要绑定新建的m
44 if _p_ == _g_.m.p.ptr() {
45 releasep()
46 }
47
48 _g_.m.locks--
49 if _g_.m.locks == 0 && _g_.preempt { // 恢复抢占请求，以防我们在新堆栈中清除了它
50 _g_.stackguard0 = stackPreempt
51 }
52
53 return mp
54 }
notewakeup
1 func notewakeup(n *note) {
2 var v uintptr
3 // 设置m 为locked
4 for {
5 v = atomic.Loaduintptr(&n.key)
6 if atomic.Casuintptr(&n.key, v, locked) {
7 break
8 }
9 }
10
11 // Successfully set waitm to locked.
12 // What was it before?
13 // 根据m的原先的状态，来判断后面的执行流程，0则直接返回，locked则冲突，否则认为是wating，唤醒
14 switch {
15 case v == 0:
16 // Nothing was waiting. Done.
17 case v == locked:
18 // Two notewakeups! Not allowed.
19 throw("notewakeup - double wakeup")
20 default:
21 // Must be the waiting m. Wake it up.
22 // 唤醒系统线程
23 semawakeup((*m)(unsafe.Pointer(v)))
24 }
25 }
1.3 执行
在startm函数分析的过程中会，可以看到，有两种获取m的方式
- 新建： 这时候执行newm1下的newosproc，同时最终调用mstart来执行调度
- 唤醒空闲m：从休眠的地方继续执行
m执行g有两个起点，一个是线程启动函数 mstart， 另一个则是休眠被唤醒后的调度schedule了，我们从头开始，也就是mstart， mstart 走到最后也是 schedule 调度。
mstart
1 func mstart() {
2 _g_ := getg()
3
4 osStack := _g_.stack.lo == 0
5 if osStack {
6 //从系统堆栈初始化堆栈边界。
7 // Cgo可能在stack.hi中具有左堆栈大小。
8 // minit可能会更新堆栈边界。
9
10 // 从系统堆栈上直接划出所需的范围
11 size := _g_.stack.hi
12 if size == 0 {
13 size = 8192 * sys.StackGuardMultiplier
14 }
15 _g_.stack.hi = uintptr(noescape(unsafe.Pointer(&size)))
16 _g_.stack.lo = _g_.stack.hi - size + 1024
17 }
18 //初始化堆栈保护，以便我们可以开始调用Go和C函数都具有堆栈增长序言。
19 _g_.stackguard0 = _g_.stack.lo + _StackGuard
20 _g_.stackguard1 = _g_.stackguard0
21 // 调用mstart1来处理
22 mstart1()
23
24 // Exit this thread.
25 if GOOS == "windows" || GOOS == "solaris" || GOOS == "plan9" || GOOS == "darwin" {
26 // Window，Solaris，Darwin和Plan 9总是系统分配堆栈，但将其放在mstart之前的_g_.stack中，因此上述逻辑尚未设置osStack。
27 osStack = true
28 }
29 // 退出m，正常情况下mstart1调用schedule() 时，是不再返回的，所以，不用担心系统线程的频繁创建退出
30 mexit(osStack)
31 }
mstart1
1 func mstart1() {
2 _g_ := getg()
3
4 if _g_ != _g_.m.g0 {
5 throw("bad runtime·mstart")
6 }
7
8 //记录调用方，以用作mcall和用于终止线程。
9 //在调用schedule之后，我们再也不会回到mstart1了，以便其他调用可以重用当前帧。
10
11 // 保存调用者的pc sp等信息
12 save(getcallerpc(), getcallersp())
13 asminit()
14 // 初始化m的sigal的栈和mask
15 minit()
16
17 //安装信号处理程序； 在minit之后，minit可以准备线程以处理信号。
18
19 // 安装sigal处理器
20 if _g_.m == &m0 {
21 mstartm0()
22 }
23 // 如果设置了mstartfn，就先执行这个
24 if fn := _g_.m.mstartfn; fn != nil {
25 fn()
26 }
27
28 if _g_.m.helpgc != 0 {
29 _g_.m.helpgc = 0
30 stopm()
31 } else if _g_.m != &m0 {
32 // 获取nextp
33 acquirep(_g_.m.nextp.ptr())
34 _g_.m.nextp = 0
35 }
36 schedule()
37 }
acquirep1
1 func acquirep1(_p_ *p) {
2 _g_ := getg()
3
4 // 让m p互相绑定
5 _g_.m.p.set(_p_)
6 _p_.m.set(_g_.m)
7 _p_.status = _Prunning
8 }
schedule
开始进入到调度函数了，这是一个由schedule、execute、goroutine fn、goexit构成的逻辑循环，就算m是唤醒后，也是从设置的断点开始执行。
schedule函数在runtime需要进行调度时执行，为当前的P寻找一个可以运行的G并执行它，寻找顺序如下：
- 1） 调用runqget函数来从P自己的runnable G队列中得到一个可以执行的G；
- 2） 如果1）失败，则调用findrunnable函数去寻找一个可以执行的G；
- 3） 如果2）也没有得到可以执行的G，那么结束调度，从上次的现场继续执行。
- 4） 注意）//偶尔会先检查一次全局可运行队列，以确保公平性。否则，两个goroutine可以完全占用本地runqueue。 通过 schedtick计数 %61来保证
1 func schedule() {
2 _g_ := getg()
3
4 if _g_.m.locks != 0 {
5 throw("schedule: holding locks")
6 }
7 // 如果有lockg，停止执行当前的m
8 if _g_.m.lockedg != 0 {
9 // 解除lockedm的锁定，并执行当前g
10 stoplockedm()
11 execute(_g_.m.lockedg.ptr(), false) // Never returns.
12 }
13
14 //我们不应该将正在执行cgo调用的g排开，因为cgo调用正在使用m的g0堆栈。
15 if _g_.m.incgo {
16 throw("schedule: in cgo")
17 }
18
19 top:
20 // gc 等待
21 if sched.gcwaiting != 0 {
22 gcstopm()
23 goto top
24 }
25
26 var gp *g
27 var inheritTime bool
28
29 if gp == nil {
30 //偶尔检查全局可运行队列以确保公平。
31 //否则，两个goroutine可以完全占据本地运行队列 通过不断重生彼此。
32 // 为了保证公平，每隔61次，从全局队列上获取g
33 if _g_.m.p.ptr().schedtick%61 == 0 && sched.runqsize > 0 {
34 lock(&sched.lock)
35 gp = globrunqget(_g_.m.p.ptr(), 1)
36 unlock(&sched.lock)
37 }
38 }
39 if gp == nil {
40 // 全局队列上获取不到待运行的g，则从p local队列中获取
41 gp, inheritTime = runqget(_g_.m.p.ptr())
42 if gp != nil && _g_.m.spinning {
43 throw("schedule: spinning with local work")
44 }
45 }
46 if gp == nil {
47 // 如果p local获取不到待运行g，则开始查找，这个函数会从 全局 io poll， p locl和其他p local获取待运行的g，后面详细分析
48 gp, inheritTime = findrunnable() // blocks until work is available
49 }
50
51 //此线程将运行goroutine并且不再旋转，因此，如果标记为正在旋转，则需要立即重置它，并可能开始一个新的旋转M。
52 if _g_.m.spinning {
53 // 如果m是自旋状态，取消自旋
54 resetspinning()
55 }
56
57 if gp.lockedm != 0 {
58 //将自己的p交给锁定的m，然后阻止等待新的p。
59 // 如果g有lockedm，则休眠上交p，休眠m，等待新的m，唤醒后从这里开始执行，跳转到top
60 startlockedm(gp)
61 goto top
62 }
63 // 开始执行这个g
64 execute(gp, inheritTime)
65 }
因为当前的m绑定了lockedg，而当前g不是指定的lockedg，所以这个m不能执行，函数 stoplockedm() 解除lockedm的锁定，上交当前m绑定的p，并且休眠m直到调度lockedg。这个函数首先会释放当前P ->release() 然后通过 handoffp() 函数调用startm函开始调度。handoffp会判断有没有正在寻找p的m以及有没有空闲的p，如果有，尝试调用startm进行调度，如果全局队列运行g队列不为空，尝试使用startm进行调度。
handoffp函数将P从系统调用或阻塞的M中传递出去，如果P还有runnable G队列，那么新开一个M，调用startm函数，新开的M不空旋。
execute（）函数就开始执行g的代码了：
1 func execute(gp *g, inheritTime bool) {
2 _g_ := getg()
3 // 更改g的状态，并不允许抢占
4 casgstatus(gp, _Grunnable, _Grunning)
5 gp.waitsince = 0
6 gp.preempt = false
7 gp.stackguard0 = gp.stack.lo + _StackGuard
8 if !inheritTime {
9 // 调度计数
10 _g_.m.p.ptr().schedtick++
11 }
12 _g_.m.curg = gp
13 gp.m = _g_.m
14 // 开始执行g的代码了
15 gogo(&gp.sched)
16 }
gogo函数承载的作用就是切换到g的栈，开始执行g的代码，gogo执行完函数后，是怎么再次进入调度呢？回到前面newproc1函数的L63 newg.sched.pc = funcPC(goexit) + sys.PCQuantum ，这里保存了pc的质地为goexit的地址，所以当执行完用户代码后，就会进入 goexit 函数。
goexit0
goexit 在汇编层面就是调用 runtime.goexit1，而goexit1通过 mcall 调用了goexit0 所以这里直接分析了goexit0。goexit0 重置g的状态，并重新进行调度，这样就调度就又回到了schedule() 了，开始循环往复的调度。
1 func goexit0(gp *g) {
2 _g_ := getg()
3 // 转换g的状态为dead，以放回空闲列表
4 casgstatus(gp, _Grunning, _Gdead)
5 if isSystemGoroutine(gp) {
6 atomic.Xadd(&sched.ngsys, -1)
7 }
8 // 清空g的状态
9 gp.m = nil
10 locked := gp.lockedm != 0
11 gp.lockedm = 0
12 _g_.m.lockedg = 0
13 gp.paniconfault = false
14 gp._defer = nil // 应该是真实的，但以防万一。
15 gp._panic = nil // 恐慌期间，对于Goexit不为零。指向堆栈分配的数据。
16 gp.writebuf = nil
17 gp.waitreason = 0
18 gp.param = nil
19 gp.labels = nil
20 gp.timer = nil
21
22 注意，gp的堆栈扫描现在“有效”，因为它没有堆栈。
23 gp.gcscanvalid = true
24 dropg()
25
26 // 把g放回空闲列表，以备复用
27 gfput(_g_.m.p.ptr(), gp)
28 // 再次进入调度循环
29 schedule()
30 }
goexit函数是当G退出时调用的。这个函数对G进行一些设置后，将它放入free G列表中，供以后复用，之后调用schedule函数调度。
至此，单次调度结束，再次进入调度，循环往复。
findrunnable() 寻找一个可运行的g，过程：
- 从p自己的local队列中获取可运行的g
- 从全局队列中获取可运行的g
- 从netpoll中获取一个已经准备好的g
- 从其他p的local队列中获取可运行的g，随机偷取p的runnext，有点任性
- 无论如何都获取不到的话，就stopm了
stopm
stop会把当前m放到空闲列表里面，同时绑定m.nextp 与 m
1 func stopm() {
2 _g_ := getg()
3 retry:
4 lock(&sched.lock)
5 // 把当前m放到sched.midle 的空闲列表里
6 mput(_g_.m)
7 unlock(&sched.lock)
8 // 休眠，等待被唤醒
9 notesleep(&_g_.m.park)
10 noteclear(&_g_.m.park)
11 // 绑定p
12 acquirep(_g_.m.nextp.ptr())
13 _g_.m.nextp = 0
14 }
1.4 监控
sysmon
go的监控是依靠函数 sysmon 来完成的，监控主要做一下几件事：
- 释放闲置超过5分钟的span物理内存
- 如果超过两分钟没有执行垃圾回收，则强制执行
- 将长时间未处理的netpoll结果添加到任务队列
- 向长时间运行的g进行抢占
- 收回因为syscall而长时间阻塞的p
监控线程并不是时刻在运行的，监控线程首次休眠20us，每次执行完后，增加一倍的休眠时间，但是最多休眠10ms。
1 func sysmon() {
2 lock(&sched.lock)
3 sched.nmsys++
4 checkdead()
5 unlock(&sched.lock)
6
7 // 如果垃圾回收后5分钟内未使用堆范围，我们将其交还给操作系统。
8 scavengelimit := int64(5 * 60 * 1e9)
9
10 if debug.scavenge > 0 {
11 // 大量测试。
12 forcegcperiod = 10 * 1e6
13 scavengelimit = 20 * 1e6
14 }
15
16 lastscavenge := nanotime()
17 nscavenge := 0
18
19 lasttrace := int64(0)
20 idle := 0 // 我们没有连续唤醒多少个周期。
21 delay := uint32(0)
22 for {
23 // 判断当前循环，应该休眠的时间
24 if idle == 0 { // start with 20us sleep...
25 delay = 20
26 } else if idle > 50 { // start doubling the sleep after 1ms...
27 delay *= 2
28 }
29 if delay > 10*1000 { // up to 10ms
30 delay = 10 * 1000
31 }
32 usleep(delay)
33 // STW时休眠sysmon
34 if debug.schedtrace <= 0 && (sched.gcwaiting != 0 || atomic.Load(&sched.npidle) == uint32(gomaxprocs)) {
35 lock(&sched.lock)
36 if atomic.Load(&sched.gcwaiting) != 0 || atomic.Load(&sched.npidle) == uint32(gomaxprocs) {
37 atomic.Store(&sched.sysmonwait, 1)
38 unlock(&sched.lock)
39 // 使唤醒时间足够小，采样正确。
40 maxsleep := forcegcperiod / 2
41 if scavengelimit < forcegcperiod {
42 maxsleep = scavengelimit / 2
43 }
44 shouldRelax := true
45 if osRelaxMinNS > 0 {
46 next := timeSleepUntil()
47 now := nanotime()
48 if next-now < osRelaxMinNS {
49 shouldRelax = false
50 }
51 }
52 if shouldRelax {
53 osRelax(true)
54 }
55 // 进行休眠
56 notetsleep(&sched.sysmonnote, maxsleep)
57 if shouldRelax {
58 osRelax(false)
59 }
60 lock(&sched.lock)
61 // 唤醒后，清除休眠状态，继续执行
62 atomic.Store(&sched.sysmonwait, 0)
63 noteclear(&sched.sysmonnote)
64 idle = 0
65 delay = 20
66 }
67 unlock(&sched.lock)
68 }
69 // 必要时触发libc拦截器
70 if *cgo_yield != nil {
71 asmcgocall(*cgo_yield, nil)
72 }
73 // poll network if not polled for more than 10ms
74 lastpoll := int64(atomic.Load64(&sched.lastpoll))
75 now := nanotime()
76 // 如果netpoll不为空，每隔10ms检查一下是否有ok的
77 if netpollinited() && lastpoll != 0 && lastpoll+10*1000*1000 < now {
78 atomic.Cas64(&sched.lastpoll, uint64(lastpoll), uint64(now))
79 // 返回了已经获取到结果的goroutine的列表
80 gp := netpoll(false) // non-blocking - returns list of goroutines
81 if gp != nil {
82 incidlelocked(-1)
83 // 把获取到的g的列表加入到全局待运行队列中
84 injectglist(gp)
85 incidlelocked(1)
86 }
87 }
88 // 重新获取系统调用中阻止的P，并抢占长期运行的G
89 // 抢夺syscall长时间阻塞的p和长时间运行的g
90 if retake(now) != 0 {
91 idle = 0
92 } else {
93 idle++
94 }
95 // check if we need to force a GC
96 // 通过gcTrigger.test() 函数判断是否超过设定的强制触发gc的时间间隔，
97 if t := (gcTrigger{kind: gcTriggerTime, now: now}); t.test() && atomic.Load(&forcegc.idle) != 0 {
98 lock(&forcegc.lock)
99 forcegc.idle = 0
100 forcegc.g.schedlink = 0
101 // 把gc的g加入待运行队列，等待调度运行
102 injectglist(forcegc.g)
103 unlock(&forcegc.lock)
104 }
105 // scavenge heap once in a while
106 // 判断是否有5分钟未使用的span，有的话，归还给系统
107 if lastscavenge+scavengelimit/2 < now {
108 mheap_.scavenge(int32(nscavenge), uint64(now), uint64(scavengelimit))
109 lastscavenge = now
110 nscavenge++
111 }
112 if debug.schedtrace > 0 && lasttrace+int64(debug.schedtrace)*1000000 <= now {
113 lasttrace = now
114 schedtrace(debug.scheddetail > 0)
115 }
116 }
117 }
sysmon函数是Go runtime启动时创建的，负责监控所有goroutine的状态，判断是否需要GC，进行netpoll等操作。sysmon函数中会调用retake函数进行抢占式调度。跟前面添加p和m的逻辑差不多，下面看如何抢占：
retake
1 const forcePreemptNS = 10 * 1000 * 1000 // 10ms
2
3 func retake(now int64) uint32 {
4 n := 0
5 //防止allp slice更改。此锁将完全，没有竞争，除非我们已经停止了世界。
6 lock(&allpLock)
7 //我们不能对allp使用范围循环，因为我们可能暂时删除allpLock。因此，我们需要重新获取每次循环时分配。
8 for i := 0; i < len(allp); i++ {
9 _p_ := allp[i]
10 if _p_ == nil {
11 //如果procresize增加了，就会发生这种情况 allp，但尚未创建新的P。
12 continue
13 }
14 pd := &_p_.sysmontick
15 s := _p_.status
16 if s == _Psyscall {
17 //如果系统调用中的P超过1个sysmon滴答声（至少20us），则将其取回。
18 // pd.syscalltick 即 _p_.sysmontick.syscalltick 只有在sysmon的时候会更新，而 _p_.syscalltick 则会每次都更新，所以，当syscall之后，第一个sysmon检测到的时候并不会抢占，而是第二次开始才会抢占，中间间隔至少有20us，最多会有10ms
19 t := int64(_p_.syscalltick)
20 if int64(pd.syscalltick) != t {
21 pd.syscalltick = uint32(t)
22 pd.syscallwhen = now
23 continue
24 }
25 //一方面，如果您没有其他工作要做，我们不想重新获得P，但另一方面，我们希望最终将它们重新收录，因为它们可以防止sysmon线程进入深度睡眠状态。
26
27 // 是否有空p，有寻找p的m，以及当前的p在syscall之后，有没有超过10ms
28 if runqempty(_p_) && atomic.Load(&sched.nmspinning)+atomic.Load(&sched.npidle) > 0 && pd.syscallwhen+10*1000*1000 > now {
29 continue
30 }
31 //删除allpLock，以便我们使用sched.lock。
32 //解锁（＆allpLock），需要减少空闲锁定M的数量
33 //（假设还有一个正在运行）。
34 //否则，我们从中夺回的M可以退出系统调用，递增nmidle并报告deadlock.sleep。
35 incidlelocked(-1)
36 // 抢占p，把p的状态转为idle状态
37 if atomic.Cas(&_p_.status, s, _Pidle) {
38 if trace.enabled {
39 traceGoSysBlock(_p_)
40 traceProcStop(_p_)
41 }
42 n++
43 _p_.syscalltick++
44 // 把当前p移交出去，上面已经分析过了
45 handoffp(_p_)
46 }
47 incidlelocked(1)
48 lock(&allpLock)
49 } else if s == _Prunning {
50 //如果G运行时间过长，则抢占G。
51 // 如果p是running状态，如果p下面的g执行太久了，则抢占
52 t := int64(_p_.schedtick)
53 if int64(pd.schedtick) != t {
54 pd.schedtick = uint32(t)
55 pd.schedwhen = now
56 continue
57 }
58 // 判断是否超出10ms, 不超过不抢占
59 if pd.schedwhen+forcePreemptNS > now {
60 continue
61 }
62 // 开始抢占
63 preemptone(_p_)
64 }
65 }
66 unlock(&allpLock)
67 return uint32(n)
68 }
preemptone
抢占实现:
1 func preemptone(_p_ *p) bool {
2 mp := _p_.m.ptr()
3 if mp == nil || mp == getg().m {
4 return false
5 }
6 gp := mp.curg
7 if gp == nil || gp == mp.g0 {
8 return false
9 }
10 // 标识抢占字段
11 gp.preempt = true
12
13 // go例程中的每个调用都检查堆栈溢出,比较当前堆栈指针与gp-> stackguard0。
14 //将gp-> stackguard0设置为StackPreempt折叠，抢占正常的堆栈溢出检查。
15
16 // 更新stackguard0，保证能检测到栈溢
17 gp.stackguard0 = stackPreempt
18 return true
19 }
在这里，作者会更新 gp.stackguard0 = stackPreempt，然后让g误以为栈不够用了，那就只有乖乖的去进行栈扩张，站扩张的话就用调用newstack 分配一个新栈，然后把原先的栈的内容拷贝过去，而在 newstack 里面有一段如下。
1 if preempt {
2 if thisg.m.locks != 0 || thisg.m.mallocing != 0 || thisg.m.preemptoff != "" || thisg.m.p.ptr().status != _Prunning {
3 //让goroutine现在继续运行。
4 //已设置gp-> preempt，因此下一次将被抢占。
5 gp.stackguard0 = gp.stack.lo + _StackGuard
6 gogo(&gp.sched) // never return
7 }
8 }
然后这里就发现g被抢占了，这种抢占方式自动1.5（也可能更早）就一直存在，且稳定运行。