【Golang 面试题】每日 3 题（五十六）

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166. 什么是 Go 抢占式调度？

在 1.2 版本之前，Go 的调度器仍然不支持抢占式调度，程序只能依靠 Goroutine 主动让出 CPU 资源才能触发调度，这会引发一些问题，比如：

• 某些 Goroutine 可以长时间占用线程，造成其它 Goroutine 的饥饿。
• 垃圾回收器是需要 stop the world 的，如果垃圾回收器想要运行了，那么它必须先通知其它的 goroutine 停下来，这会造成较长时间的等待时间。

为解决这个问题：

• Go 1.2 中实现了基于协作的“抢占式”调度。
• Go 1.14 中实现了基于信号的“抢占式”调度。

167. 基于协作的抢占式调度如何实现？

协作式：大家都按事先定义好的规则来，比如：一个 goroutine 执行完后，退出，让出 p，然后下一个 goroutine 被调度到 p 上运行。这样做的缺点就在于是否让出 p 的决定权在 groutine 自身。一旦某个 g 不主动让出 p 或执行时间较长，那么后面的 goroutine 只能等着，没有方法让前者让出 p，导致延迟甚至饿死。
非协作式: 就是由 runtime 来决定一个 goroutine 运行多长时间，如果你不主动让出，对不起，我有手段可以抢占你，把你踢出去，让后面的 goroutine 进来运行。

基于协作的抢占式调度流程：

• 编译器会在调用函数前插入 runtime.morestack，让运行时有机会在这段代码中检查是否需要执行抢占调度。
• Go 语言运行时会在垃圾回收暂停程序、系统监控发现 Goroutine 运行超过 10ms，那么会在这个协程设置一个抢占标记。
• 当发生函数调用时，可能会执行编译器插入的 runtime.morestack，它调用的 runtime.newstack 会检查抢占标记，如果有抢占标记就会触发抢占让出 cpu，切到调度主协程里。

这种解决方案只能说局部解决了 “饿死” 问题，只在有函数调用的地方才能插入 “抢占” 代码（埋点），对于没有函数调用而是纯算法循环计算的 G，Go 调度器依然无法抢占。

比如，死循环等并没有给编译器插入抢占代码的机会，以下程序在 go 1.14 之前的 go 版本中，运行后会一直卡住，而不会打印 I got scheduled!。

package main
import (
    "fmt"
    "runtime"
    "time"
)
func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(1)
    go func() {
        for {
        }
    }()
    time.Sleep(time.Second)
    fmt.Println("I got scheduled!")
}

为了解决这些问题，Go 在 1.14 版本中增加了对非协作的抢占式调度的支持，这种抢占式调度是基于系统信号的，也就是通过向线程发送信号的方式来抢占正在运行的 Goroutine。

168. 基于信号的抢占式调度如何实现？

真正的抢占式调度是基于信号完成的，所以也称为 “异步抢占”。不管协程有没有意愿主动让出 cpu 运行权，只要某个协程执行时间过长，就会发送信号强行夺取 cpu 运行权。

• M 注册一个 SIGURG 信号的处理函数：sighandler。
• sysmon 启动后会间隔性的进行监控，最长间隔 10ms，最短间隔 20us。如果发现某协程独占 P 超过 10ms，会给 M 发送抢占信号。
• M 收到信号后，内核执行 sighandler 函数把当前协程的状态从 _Grunning 正在执行改成 _Grunnable 可执行，把抢占的协程放到全局队列里，M 继续寻找其他 goroutine 来运行。
• 被抢占的 G 再次调度过来执行时，会继续原来的执行流。

抢占分为 _Prunning 和 _Psyscall，_Psyscall 抢占通常是由于阻塞性系统调用引起的，比如磁盘 io、cgo。_Prunning 抢占通常是由于一些类似死循环的计算逻辑引起的。