Go:异步抢占

Illustration created for “A Journey With Go”, made from the original Go Gopher, created by Renee French

ℹ️ 本文基于 Go 1.14。

抢占是调度器的重要部分,基于抢占调度器可以在各个协程中分配运行的时间。实际上,如果没有抢占机制,一个长时间占用 CPU 的协程会阻塞其他的协程被调度。1.14 版本引入了一项新的异步抢占的技术,赋予了调度器更大的能力和控制力。

我推荐你阅读我的文章”Go:协程和抢占“来了解更多之前的特性和它的弊端。

工作流

我们以一个需要抢占的例子来开始。下面一段代码开启了几个协程,在几个循环中没有其他的函数调用,意味着调度器没有机会抢占它们:

然而,当把这个程序的追踪过程可视化后,我们清晰地看到了协程间的抢占和切换:

我们还可以看到表示协程的每个块儿的长度都相等。所有的协程运行时间相同(约 10 到 20 毫秒)。

异步抢占是基于一个时间条件触发的。当一个协程运行超过 10ms 时,Go 会尝试抢占它。

抢占是由线程 sysmon 初始化的,该线程专门用于监控包括长时间运行的协程在内的运行时。当某个协程被检测到运行超过 10ms 后,sysmon 向当前的线程发出一个抢占信号。

之后,当信息被信号处理器接收到时,线程中断当前的操作来处理信号,因此不会再运行当前的协程,在我们的例子中是 G7。取而代之的是,gsignal 被调度为管理发送来的信号。当它发现它是一个抢占指令后,在程序处理信号后恢复时它准备好指令来中止当前的协程。下面是这第二个阶段的示意图:

如果你想了解更多关于 gsignal 的信息,我推荐你读一下我的文章”Go:gsignal,信号的掌控者“

实现

我们在被选中的信号 SIGURG 中第一次看到了实现的细节。这个选择在提案”提案:非合作式协程抢占“中有详细的解释:

  • 它应该是调试者默认传递过来的一个信号。
  • 它不应该是 Go/C 混合二进制中 libc 内部使用的信号。
  • 它应该是一个可以伪造而没有其他后果的信号。
  • 我们需要在没有实时信号时与平台打交道。
    然后,当信号被注入和接收时,Go 需要一种在程序恢复时能终止当前协程的方式。为了实现这个过程,Go 会把一条指令推进程序计数器,这样看起来运行中的程序调用了运行时的函数。该函数暂停了协程并把它交给了调度器,调度器之后还会运行其他的协程。

我们应该注意到 Go 不能做到在任何地方终止程序;当前的指令必须是一个安全点。例如,如果程序现在正在调用运行时,那么抢占协程并不安全,因为运行时很多函数不应该被抢占。

这个新的抢占机制也让垃圾回收器受益,可以用更高效的方式终止所有的协程。诚然,STW 现在非常容易,Go 仅需要向所有运行的线程发出一个信号就可以了。下面是垃圾回收器运行时的一个例子:

然后,所有的线程都接收到这个信号,在垃圾回收器重新开启全局之前会暂停执行。

如果你想了解更多关于 STW 的信息,我建议你阅读我的文章”Go:Go 怎样实现 STW?“

最后,这个特性被封装在一个参数中,你可以用这个参数关闭异步抢占。你可以用 GODEBUG=asyncpreemptoff=1 来运行你的程序,如果你因为升级到了 Go 1.14 发现了不正常的现象就可以调试你的程序,或者观察你的程序有无异步抢占时的不同表现。


via: https://medium.com/a-journey-with-go/go-asynchronous-preemption-b5194227371c

作者:Vincent Blanchon
译者:lxbwolf
校对:polaris1119

本文由 GCTT 原创编译,Go 中文网 荣誉推出