如何从Go源码中判断goroutine是否使用了纤程或用户态调度

如何从Go源码中判断goroutine是否使用了纤程或用户态调度 我在思考 Go 是如何实现"用户空间线程"这一特性的。 如果有人能告诉我如何通过 Go 源代码来验证这一点，我将不胜感激。 我怀疑 Go 在 Windows 中调用了 UMS，但是我在 Go 源代码中找不到任何"UMS"字符串。 而且 UMS 仅支持 64 位 Windows，那么 32 位 Windows 怎么办呢？

此致 Moon

2 回复

我认为 Go 语言始终使用系统线程（在 Windows 上通过 os._CreateThread[1] 实现），然后在（动态的）系统线程池上复用多个 goroutine。

[1] https://golang.org/src/runtime/os_windows.go


在Go语言中，goroutine的实现基于用户态调度（也称为M:N调度模型），而不是依赖操作系统的纤程（如Windows UMS）。Go的运行时系统使用自己的调度器来管理goroutine，该调度器在用户空间运行，将goroutine映射到少量的操作系统线程（称为M）上。下面我将解释如何通过Go源代码验证这一点，并提供相关示例。

1. Go调度器模型概述

Go的调度器采用三要素模型：

  • G：代表goroutine，包含栈、程序计数器和其他状态信息。
  • M：代表操作系统线程（machine），由操作系统调度。
  • P：代表逻辑处理器（processor），负责调度G到M上运行，每个P有一个本地运行队列。

调度器在用户空间管理G和M的映射，避免频繁的线程上下文切换。这可以通过分析Go运行时源代码来验证。

2. 如何从Go源码中验证用户态调度

Go的运行时源代码位于src/runtime目录中。关键文件包括：

  • proc.go：包含调度器的核心实现，如schedule函数。
  • runtime2.go：定义了G、M、P的结构。

以下步骤演示如何验证：

  • 查找调度器代码：在proc.go中，函数schedule负责从本地或全局队列中获取goroutine并执行。这完全在用户空间处理，不依赖操作系统特定的纤程机制。
  • 检查Windows特定代码：在Windows平台上，Go使用标准线程API（如CreateThread）而不是UMS。源代码中搜索"UMS"字符串确实不会返回结果，因为Go未使用UMS。对于32位Windows，Go同样使用标准线程模型，通过用户态调度器管理goroutine。

示例代码片段（基于Go 1.21+版本）：

// 以下是一个简单示例，展示如何通过Go程序观察goroutine调度行为。
package main

import (
    "fmt"
    "runtime"
    "sync"
)

func main() {
    var wg sync.WaitGroup
    // 启动多个goroutine
    for i := 0; i < 5; i++ {
        wg.Add(1)
        go func(id int) {
            defer wg.Done()
            fmt.Printf("Goroutine %d running on thread: %d\n", id, getThreadID())
        }(i)
    }
    wg.Wait()
}

// getThreadID 返回当前操作系统线程ID（仅用于演示，非生产代码）
func getThreadID() int {
    // 注意：Go不直接暴露线程ID，这里使用runtime.LockOSThread来绑定当前goroutine到线程
    runtime.LockOSThread()
    defer runtime.UnlockOSThread()
    // 在实际中，可通过系统调用获取线程ID，但Go标准库不提供此功能。
    // 这里仅返回一个模拟值以说明调度行为。
    return 0 // 实际应用中需使用平台特定方法（如Windows的GetCurrentThreadId）
}

在这个示例中，多个goroutine可能被调度到同一个操作系统线程上运行，这体现了用户态调度的效果。要深入验证，可以分析Go运行时源代码：

  • 在proc.go中，newproc函数创建新的goroutine，并将其放入调度队列。
  • 在Windows平台，线程创建通过src/runtime/os_windows.go中的newosproc函数处理，它调用CreateThread，而非UMS相关API。

3. 针对Windows平台的说明

  • UMS未使用：Go源代码中没有UMS的引用，因为Go的调度器是跨平台的，且UMS仅限于64位Windows，而Go需要支持多种平台（包括32位Windows）。在32位Windows上，Go使用相同的用户态调度机制，依赖标准线程API。
  • 验证方法：可以通过调试Go程序或分析运行时输出来观察线程使用情况。例如，使用Go的runtime包函数：
package main

import (
    "fmt"
    "runtime"
)

func main() {
    fmt.Printf("Number of logical CPUs: %d\n", runtime.NumCPU())
    fmt.Printf("Number of goroutines: %d\n", runtime.NumGoroutine())
    // 强制触发GC和调度器行为以观察
    runtime.GC()
}

输出将显示goroutine数量与线程数量的差异，进一步证明用户态调度的存在。

总结：Go的goroutine基于用户态调度实现，不依赖操作系统纤程如UMS。通过分析runtime包源代码，特别是调度器相关函数，可以确认这一点。如果在Windows平台需要验证，可以检查os_windows.go文件，其中使用标准线程函数，确保跨平台一致性。

回到顶部