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【原創(chuàng)】樹莓派3B開發(fā)Go語言(四)-自寫庫實(shí)現(xiàn)pwm輸出

在前一小節(jié)中介紹了點(diǎn)亮第一個(gè)LED燈,這里我們準(zhǔn)備進(jìn)階嘗試下,輸出第一段PWM波形。(PWM也就是脈寬調(diào)制,一種可調(diào)占空比的技術(shù),得到的效果就是:如果用示波器測量引腳會(huì)發(fā)現(xiàn)有方波輸出,而且高電平、低電平的時(shí)間是可調(diào)的。)

成都創(chuàng)新互聯(lián)專注于企業(yè)營銷型網(wǎng)站、網(wǎng)站重做改版、武進(jìn)網(wǎng)站定制設(shè)計(jì)、自適應(yīng)品牌網(wǎng)站建設(shè)、H5建站商城建設(shè)、集團(tuán)公司官網(wǎng)建設(shè)、外貿(mào)營銷網(wǎng)站建設(shè)、高端網(wǎng)站制作、響應(yīng)式網(wǎng)頁設(shè)計(jì)等建站業(yè)務(wù),價(jià)格優(yōu)惠性價(jià)比高,為武進(jìn)等各大城市提供網(wǎng)站開發(fā)制作服務(wù)。

這里爪爪熊準(zhǔn)備寫成一個(gè)golang的庫,并開源到github上,后續(xù)更新將直接更新到github中,如果你有興趣可以和我聯(lián)系。 github.com/dpawsbear/bear_rpi_go

我在很多的教程中都看到說樹莓派的PWM(硬件)只有一個(gè)GPIO能夠輸出,就是 GPIO1 。這可是不小的打擊,因?yàn)槲蚁胧褂弥辽偎膫€(gè) PWM ,還是不死心,想通過硬件手冊(cè)上找尋蛛絲馬跡,看看究竟怎么回事。

手冊(cè)上找尋東西稍等下講述,這里先提供一種方法測試 樹莓派3B 的 PWM 方法:用指令控制硬件PWM。

這里通過指令的方式掌握了基本的pwm設(shè)置技巧,決定去翻一下手冊(cè)看看到底PWM怎么回事,這里因?yàn)闆]有 BCM2837 的手冊(cè),根據(jù)之前文章引用官網(wǎng)所說, BCM2835 和 BCM2837 應(yīng)該是一樣的。這里我們直接翻閱 BCM2835 的手冊(cè),直接找到 PWM 章節(jié)。找到了如下圖:

圖中可以看到在博通的命名規(guī)則中 GPIO 12、13、18、19、40、41、45、52、53 均可以作為PWM輸出。但是只有兩路PWM0 PWM1。根據(jù)我之前所學(xué)知識(shí),不出意外應(yīng)該是PWM0 和 PWM1可以輸出不一樣的占空比,但是頻率應(yīng)該是一樣的。因?yàn)闆]有示波器,暫時(shí)不好測試。先找到下面對(duì)應(yīng)圖:

根據(jù)以上兩個(gè)圖對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律:

對(duì)照上面的表可以看出從 BCM2837 中印出來的能夠使用在PWM上的就這幾個(gè)了。

為了驗(yàn)證個(gè)人猜想是否正確,這里先直接使用指令的模式,模擬配置下是否能夠正常輸出。

通過上面一系列指令模擬發(fā)現(xiàn),(GPIO1、GPIO26)、(GPIO23、GPIO24)是綁定在一起的,調(diào)節(jié)任意一個(gè),另外一個(gè)也會(huì)發(fā)生變化。也即是PWM0、PWM1雖然輸出了兩路,可以理解成兩路其實(shí)都是連在一個(gè)輸出口上。這里由于沒有示波器或者邏輯分析儀這類設(shè)備(僅有一個(gè)LED燈),所以測試很簡陋,下一步是使用示波器這類東西對(duì)頻率以及信號(hào)穩(wěn)定性進(jìn)行下測試。

小節(jié):樹莓派具有四路硬件輸出PWM能力,但是四路中只能輸出兩個(gè)獨(dú)立(占空比獨(dú)立)的PWM,同時(shí)四路輸出的頻率均是恒定的。

上面大概了解清楚了樹莓派3B的PWM結(jié)構(gòu),接下來就是探究如何使用Go語言進(jìn)行設(shè)置。

因?yàn)槟玫搅耸謨?cè),這里我想直接操作寄存器的方式進(jìn)行設(shè)置,也是順便學(xué)習(xí)下Go語言處理寄存器的過程。首先需要拿到pwm 系列寄存器的基地址,但是翻了一圈手冊(cè),發(fā)現(xiàn)只有偏移,沒有找到基地址。

經(jīng)過了一段時(shí)間的努力后,決定寫一個(gè) 樹莓派3B golang包開源放在github上,只需要寫相關(guān)程序進(jìn)行調(diào)用就可以了,以下是相關(guān)demo(pwm)(在GPIO.12 上輸出PWM波,放上LED燈會(huì)有呼吸燈的效果,具體多少頻率還沒有進(jìn)行測試)

以下是demo(pwm) 源碼

GO語言商業(yè)案例(十八):stream

切換到新語言始終是一大步,尤其是當(dāng)您的團(tuán)隊(duì)成員只有一個(gè)時(shí)有該語言的先前經(jīng)驗(yàn)。現(xiàn)在,Stream 的主要編程語言從 Python 切換到了 Go。這篇文章將解釋stream決定放棄 Python 并轉(zhuǎn)向 Go 的一些原因。

Go 非常快。性能類似于 Java 或 C++。對(duì)于用例,Go 通常比 Python 快 40 倍。

對(duì)于許多應(yīng)用程序來說,編程語言只是應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫之間的粘合劑。語言本身的性能通常并不重要。然而,Stream 是一個(gè)API 提供商,為 700 家公司和超過 5 億最終用戶提供提要和聊天平臺(tái)。多年來,我們一直在優(yōu)化 Cassandra、PostgreSQL、Redis 等,但最終,您會(huì)達(dá)到所使用語言的極限。Python 是一門很棒的語言,但對(duì)于序列化/反序列化、排名和聚合等用例,它的性能相當(dāng)緩慢。我們經(jīng)常遇到性能問題,Cassandra 需要 1 毫秒來檢索數(shù)據(jù),而 Python 會(huì)花費(fèi)接下來的 10 毫秒將其轉(zhuǎn)換為對(duì)象。

看看我如何開始 Go 教程中的一小段 Go 代碼。(這是一個(gè)很棒的教程,也是學(xué)習(xí) Go 的一個(gè)很好的起點(diǎn)。)

如果您是 Go 新手,那么在閱讀那個(gè)小代碼片段時(shí)不會(huì)有太多讓您感到驚訝的事情。它展示了多個(gè)賦值、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、指針、格式和一個(gè)內(nèi)置的 HTTP 庫。當(dāng)我第一次開始編程時(shí),我一直喜歡使用 Python 更高級(jí)的功能。Python 允許您在編寫代碼時(shí)獲得相當(dāng)?shù)膭?chuàng)意。例如,您可以:

這些功能玩起來很有趣,但是,正如大多數(shù)程序員會(huì)同意的那樣,在閱讀別人的作品時(shí),它們通常會(huì)使代碼更難理解。Go 迫使你堅(jiān)持基礎(chǔ)。這使得閱讀任何人的代碼并立即了解發(fā)生了什么變得非常容易。 注意:當(dāng)然,它實(shí)際上有多“容易”取決于您的用例。如果你想創(chuàng)建一個(gè)基本的 CRUD API,我仍然推薦 Django + DRF或 Rails。

作為一門語言,Go 試圖讓事情變得簡單。它沒有引入許多新概念。重點(diǎn)是創(chuàng)建一種非常快速且易于使用的簡單語言。它唯一具有創(chuàng)新性的領(lǐng)域是 goroutine 和通道。(100% 正確CSP的概念始于 1977 年,所以這項(xiàng)創(chuàng)新更多是對(duì)舊思想的一種新方法。)Goroutines 是 Go 的輕量級(jí)線程方法,通道是 goroutines 之間通信的首選方式。Goroutines 的創(chuàng)建非常便宜,并且只需要幾 KB 的額外內(nèi)存。因?yàn)?Goroutine 非常輕量,所以有可能同時(shí)運(yùn)行數(shù)百甚至數(shù)千個(gè)。您可以使用通道在 goroutine 之間進(jìn)行通信。Go 運(yùn)行時(shí)處理所有復(fù)雜性。goroutines 和基于通道的并發(fā)方法使得使用所有可用的 CPU 內(nèi)核和處理并發(fā) IO 變得非常容易——所有這些都不會(huì)使開發(fā)復(fù)雜化。與 Python/Java 相比,在 goroutine 上運(yùn)行函數(shù)需要最少的樣板代碼。您只需在函數(shù)調(diào)用前加上關(guān)鍵字“go”:

Go 的并發(fā)方法很容易使用。與 Node 相比,這是一種有趣的方法,開發(fā)人員必須密切關(guān)注異步代碼的處理方式。Go 中并發(fā)的另一個(gè)重要方面是競爭檢測器。這樣可以很容易地確定異步代碼中是否存在任何競爭條件。

我們目前用 Go 編寫的最大的微服務(wù)編譯需要 4 秒。與以編譯速度慢而聞名的 Java 和 C++ 等語言相比,Go 的快速編譯時(shí)間是一項(xiàng)重大的生產(chǎn)力勝利。我喜歡在程序編譯的時(shí)候摸魚,但在我還記得代碼應(yīng)該做什么的同時(shí)完成事情會(huì)更好。

首先,讓我們從顯而易見的開始:與 C++ 和 Java 等舊語言相比,Go 開發(fā)人員的數(shù)量并不多。根據(jù)StackOverflow的數(shù)據(jù), 38% 的開發(fā)人員知道 Java, 19.3% 的人知道 C++,只有 4.6% 的人知道 Go。GitHub 數(shù)據(jù)顯示了類似的趨勢:Go 比 Erlang、Scala 和 Elixir 等語言使用更廣泛,但不如 Java 和 C++ 流行。幸運(yùn)的是,Go 是一種非常簡單易學(xué)的語言。它提供了您需要的基本功能,僅此而已。它引入的新概念是“延遲”聲明和內(nèi)置的并發(fā)管理與“goroutines”和通道。(對(duì)于純粹主義者來說:Go 并不是第一種實(shí)現(xiàn)這些概念的語言,只是第一種使它們流行起來的語言。)任何加入團(tuán)隊(duì)的 Python、Elixir、C++、Scala 或 Java 開發(fā)人員都可以在一個(gè)月內(nèi)在 Go 上發(fā)揮作用,因?yàn)樗暮唵涡浴Ec許多其他語言相比,我們發(fā)現(xiàn)組建 Go 開發(fā)人員團(tuán)隊(duì)更容易。如果您在博爾德和阿姆斯特丹等競爭激烈的生態(tài)系統(tǒng)中招聘人員,這是一項(xiàng)重要的優(yōu)勢。

對(duì)于我們這樣規(guī)模的團(tuán)隊(duì)(約 20 人)來說,生態(tài)系統(tǒng)很重要。如果您必須重新發(fā)明每一個(gè)小功能,您根本無法為您的客戶創(chuàng)造價(jià)值。Go 對(duì)我們使用的工具有很好的支持。實(shí)體庫已經(jīng)可用于 Redis、RabbitMQ、PostgreSQL、模板解析、任務(wù)調(diào)度、表達(dá)式解析和 RocksDB。與 Rust 或 Elixir 等其他較新的語言相比,Go 的生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)重大勝利。它當(dāng)然不如 Java、Python 或 Node 之類的語言好,但它很可靠,而且對(duì)于許多基本需求,你會(huì)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有高質(zhì)量的包可用。

Gofmt 是一個(gè)很棒的命令行實(shí)用程序,內(nèi)置在 Go 編譯器中,用于格式化代碼。就功能而言,它與 Python 的 autopep8 非常相似。我們大多數(shù)人并不真正喜歡爭論制表符與空格。格式的一致性很重要,但實(shí)際的格式標(biāo)準(zhǔn)并不那么重要。Gofmt 通過使用一種正式的方式來格式化您的代碼來避免所有這些討論。

Go 對(duì)協(xié)議緩沖區(qū)和 gRPC 具有一流的支持。這兩個(gè)工具非常適合構(gòu)建需要通過 RPC 通信的微服務(wù)。您只需要編寫一個(gè)清單,在其中定義可以進(jìn)行的 RPC 調(diào)用以及它們采用的參數(shù)。然后從這個(gè)清單中自動(dòng)生成服務(wù)器和客戶端代碼。生成的代碼既快速又具有非常小的網(wǎng)絡(luò)占用空間并且易于使用。從同一個(gè)清單中,您甚至可以為許多不同的語言生成客戶端代碼,例如 C++、Java、Python 和 Ruby。因此,內(nèi)部流量不再有模棱兩可的 REST 端點(diǎn),您每次都必須編寫幾乎相同的客戶端和服務(wù)器代碼。.

Go 沒有像 Rails 用于 Ruby、Django 用于 Python 或 Laravel 用于 PHP 那樣的單一主導(dǎo)框架。這是 Go 社區(qū)內(nèi)激烈爭論的話題,因?yàn)樵S多人主張你不應(yīng)該一開始就使用框架。我完全同意這對(duì)于某些用例是正確的。但是,如果有人想構(gòu)建一個(gè)簡單的 CRUD API,他們將更容易使用 Django/DJRF、Rails Laravel 或Phoenix。對(duì)于 Stream 的用例,我們更喜歡不使用框架。然而,對(duì)于許多希望提供簡單 CRUD API 的新項(xiàng)目來說,缺乏主導(dǎo)框架將是一個(gè)嚴(yán)重的劣勢。

Go 通過簡單地從函數(shù)返回錯(cuò)誤并期望調(diào)用代碼來處理錯(cuò)誤(或?qū)⑵浞祷氐秸{(diào)用堆棧)來處理錯(cuò)誤。雖然這種方法有效,但很容易失去問題的范圍,以確保您可以向用戶提供有意義的錯(cuò)誤。錯(cuò)誤包通過允許您向錯(cuò)誤添加上下文和堆棧跟蹤來解決此問題。另一個(gè)問題是很容易忘記處理錯(cuò)誤。像 errcheck 和 megacheck 這樣的靜態(tài)分析工具可以方便地避免犯這些錯(cuò)誤。雖然這些變通辦法效果很好,但感覺不太對(duì)勁。您希望該語言支持正確的錯(cuò)誤處理。

Go 的包管理絕不是完美的。默認(rèn)情況下,它無法指定特定版本的依賴項(xiàng),也無法創(chuàng)建可重現(xiàn)的構(gòu)建。Python、Node 和 Ruby 都有更好的包管理系統(tǒng)。但是,使用正確的工具,Go 的包管理工作得很好。您可以使用Dep來管理您的依賴項(xiàng),以允許指定和固定版本。除此之外,我們還貢獻(xiàn)了一個(gè)名為的開源工具VirtualGo,它可以更輕松地處理用 Go 編寫的多個(gè)項(xiàng)目。

我們進(jìn)行的一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)是在 Python 中使用我們的排名提要功能并在 Go 中重寫它。看看這個(gè)排名方法的例子:

Python 和 Go 代碼都需要執(zhí)行以下操作來支持這種排名方法:

開發(fā) Python 版本的排名代碼大約花了 3 天時(shí)間。這包括編寫代碼、單元測試和文檔。接下來,我們花了大約 2 周的時(shí)間優(yōu)化代碼。其中一項(xiàng)優(yōu)化是將分?jǐn)?shù)表達(dá)式 (simple_gauss(time)*popularity) 轉(zhuǎn)換為抽象語法樹. 我們還實(shí)現(xiàn)了緩存邏輯,可以在未來的特定時(shí)間預(yù)先計(jì)算分?jǐn)?shù)。相比之下,開發(fā)此代碼的 Go 版本大約需要 4 天時(shí)間。性能不需要任何進(jìn)一步的優(yōu)化。因此,雖然 Python 的最初開發(fā)速度更快,但基于 Go 的版本最終需要我們團(tuán)隊(duì)的工作量大大減少。另外一個(gè)好處是,Go 代碼的執(zhí)行速度比我們高度優(yōu)化的 Python 代碼快大約 40 倍。現(xiàn)在,這只是我們通過切換到 Go 體驗(yàn)到的性能提升的一個(gè)示例。

與 Python 相比,我們系統(tǒng)的其他一些組件在 Go 中構(gòu)建所需的時(shí)間要多得多。作為一個(gè)總體趨勢,我們看到 開發(fā) Go 代碼需要更多的努力。但是,我們花更少的時(shí)間 優(yōu)化 代碼以提高性能。

我們?cè)u(píng)估的另一種語言是Elixir.。Elixir 建立在 Erlang 虛擬機(jī)之上。這是一種迷人的語言,我們之所以考慮它,是因?yàn)槲覀兊囊幻麍F(tuán)隊(duì)成員在 Erlang 方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于我們的用例,我們注意到 Go 的原始性能要好得多。Go 和 Elixir 都可以很好地服務(wù)數(shù)千個(gè)并發(fā)請(qǐng)求。但是,如果您查看單個(gè)請(qǐng)求的性能,Go 對(duì)于我們的用例來說要快得多。我們選擇 Go 而不是 Elixir 的另一個(gè)原因是生態(tài)系統(tǒng)。對(duì)于我們需要的組件,Go 有更成熟的庫,而在許多情況下,Elixir 庫還沒有準(zhǔn)備好用于生產(chǎn)環(huán)境。培訓(xùn)/尋找開發(fā)人員使用 Elixir 也更加困難。這些原因使天平向 Go 傾斜。Elixir 的 Phoenix 框架看起來很棒,絕對(duì)值得一看。

Go 是一種非常高性能的語言,對(duì)并發(fā)有很好的支持。它幾乎與 C++ 和 Java 等語言一樣快。雖然與 Python 或 Ruby 相比,使用 Go 構(gòu)建東西確實(shí)需要更多時(shí)間,但您將節(jié)省大量用于優(yōu)化代碼的時(shí)間。我們?cè)赟tream有一個(gè)小型開發(fā)團(tuán)隊(duì),為超過 5 億最終用戶提供動(dòng)力和聊天。Go 結(jié)合了 強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng) 、新開發(fā)人員的 輕松入門、快速的性能 、對(duì)并發(fā)的 可靠支持和高效的編程環(huán)境 ,使其成為一個(gè)不錯(cuò)的選擇。Stream 仍然在我們的儀表板、站點(diǎn)和機(jī)器學(xué)習(xí)中利用 Python 來提供個(gè)性化的訂閱源. 我們不會(huì)很快與 Python 說再見,但今后所有性能密集型代碼都將使用 Go 編寫。我們新的聊天 API也完全用 Go 編寫。

golang map源碼淺析

golang 中 map的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)為: 哈希表 + 鏈表。 其中鏈表,作用是當(dāng)發(fā)生hash沖突時(shí),拉鏈法生成的結(jié)點(diǎn)。

可以看到, []bmap 是一個(gè)hash table, 每一個(gè) bmap是我們常說的“桶”。 經(jīng)過hash 函數(shù)計(jì)算出來相同的hash值, 放到相同的桶中。 一個(gè) bmap中可以存放 8個(gè) 元素, 如果多出8個(gè),則生成新的結(jié)點(diǎn),尾接到隊(duì)尾。

以上是只是靜態(tài)文件 src/runtime/map.go 中的定義。 實(shí)際上編譯期間會(huì)給它加料 ,動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建一個(gè)新的結(jié)構(gòu):

上圖就是 bmap的內(nèi)存模型, HOB Hash 指的就是 top hash。 注意到 key 和 value 是各自放在一起的,并不是 key/value/key/value/... 這樣的形式。源碼里說明這樣的好處是在某些情況下可以省略掉 padding 字段,節(jié)省內(nèi)存空間。

每個(gè) bmap設(shè)計(jì)成 最多只能放 8 個(gè) key-value 對(duì) ,如果有第 9 個(gè) key-value 落入當(dāng)前的 bmap,那就需要再構(gòu)建一個(gè) bmap,通過 overflow 指針連接起來。

map創(chuàng)建方法:

我們實(shí)際上是通過調(diào)用的 makemap ,來創(chuàng)建map的。實(shí)際工作只是初始化了hmap中的各種字段,如:設(shè)置B的大小, 設(shè)置hash 種子 hash 0.

注意 :

makemap 返回是*hmap 指針, 即 map 是引用對(duì)象, 對(duì)map的操作會(huì)影響到結(jié)構(gòu)體內(nèi)部 。

使用方式

對(duì)應(yīng)的是下面兩種方法

map的key的類型,實(shí)現(xiàn)了自己的hash 方式。每種類型實(shí)現(xiàn)hash函數(shù)方式不一樣。

key 經(jīng)過哈希計(jì)算后得到hash值,共 64 個(gè) bit 位。 其中后B 個(gè)bit位置, 用來定位當(dāng)前元素落在哪一個(gè)桶里, 高8個(gè)bit 為當(dāng)前 hash 值的top hash。 實(shí)際上定位key的過程是一個(gè)雙重循環(huán)的過程, 外層循環(huán)遍歷 所有的overflow, 內(nèi)層循環(huán)遍歷 當(dāng)前bmap 中的 8個(gè)元素 。

舉例說明: 如果當(dāng)前 B 的值為 5, 那么buckets 的長度 為 2^5 = 32。假設(shè)有個(gè)key 經(jīng)過hash函數(shù)計(jì)算后,得到的hash結(jié)果為:

外層遍歷bucket 中的鏈表

內(nèi)層循環(huán)遍歷 bmap中的8個(gè) cell

建議先不看此部分內(nèi)容,看完后續(xù) 修改 map中元素 - 擴(kuò)容 操作后 再回頭看此部分內(nèi)容。

擴(kuò)容前的數(shù)據(jù):

等量擴(kuò)容后的數(shù)據(jù):

等量擴(kuò)容后,查找方式和原本相同, 不多做贅述。

兩倍擴(kuò)容后的數(shù)據(jù)

兩倍擴(kuò)容后,oldbuckets 的元素,可能被分配成了兩部分。查找順序如下:

此處只分析 mapaccess1 ,。 mapaccess2 相比 mapaccess1 多添加了是否找到的bool值, 有興趣可自行看一下。

使用方式:

步驟如下:

擴(kuò)容條件 :

擴(kuò)容的標(biāo)識(shí) : h.oldbuckets != nil

假設(shè)當(dāng)前定位到了新的buckets的3號(hào)桶中,首先會(huì)判斷oldbuckets中的對(duì)應(yīng)的桶有沒有被搬遷過。 如果搬遷過了,不需要看原來的桶了,直接遍歷新的buckets的3號(hào)桶。

擴(kuò)容前:

等量擴(kuò)容結(jié)果

雙倍擴(kuò)容會(huì)將old buckets上的元素分配到x, y兩個(gè)部key 1 B == 0 分配到x部分,key 1 B == 1 分配到y(tǒng)部分

注意: 當(dāng)前只對(duì)雙倍擴(kuò)容描述, 等量擴(kuò)容只是重新填充了一下元素, 相對(duì)位置沒有改變。

假設(shè)當(dāng)前map 的B == 5,原本元素經(jīng)過hash函數(shù)計(jì)算的 hash 值為:

因?yàn)殡p倍擴(kuò)容之后 B = B + 1,此時(shí)B == 6。key 1 B == 1, 即 當(dāng)前元素rehash到高位,新buckets中 y 部分. 否則 key 1 B == 0 則rehash到低位,即x 部分。

使用方式:

可以看到,每一遍歷生成迭代器的時(shí)候,會(huì)隨機(jī)選取一個(gè)bucket 以及 一個(gè)cell開始。 從前往后遍歷,再次遍歷到起始位置時(shí),遍歷完成。

golang的線程模型——GMP模型

內(nèi)核線程(Kernel-Level Thread ,KLT)

輕量級(jí)進(jìn)程(Light Weight Process,LWP):輕量級(jí)進(jìn)程就是我們通常意義上所講的線程,由于每個(gè)輕量級(jí)進(jìn)程都由一個(gè)內(nèi)核線程支持,因此只有先支持內(nèi)核線程,才能有輕量級(jí)進(jìn)程

用戶線程與系統(tǒng)線程一一對(duì)應(yīng),用戶線程執(zhí)行如lo操作的系統(tǒng)調(diào)用時(shí),來回切換操作開銷相對(duì)比較大

多個(gè)用戶線程對(duì)應(yīng)一個(gè)內(nèi)核線程,當(dāng)內(nèi)核線程對(duì)應(yīng)的一個(gè)用戶線程被阻塞掛起時(shí)候,其他用戶線程也阻塞不能執(zhí)行了。

多對(duì)多模型是可以充分利用多核CPU提升運(yùn)行效能的

go線程模型包含三個(gè)概念:內(nèi)核線程(M),goroutine(G),G的上下文環(huán)境(P);

GMP模型是goalng特有的。

P與M一般是一一對(duì)應(yīng)的。P(上下文)管理著一組G(goroutine)掛載在M(內(nèi)核線程)上運(yùn)行,圖中左邊藍(lán)色為正在執(zhí)行狀態(tài)的goroutine,右邊為待執(zhí)行狀態(tài)的goroutiine隊(duì)列。P的數(shù)量由環(huán)境變量GOMAXPROCS的值或程序運(yùn)行runtime.GOMAXPROCS()進(jìn)行設(shè)置。

當(dāng)一個(gè)os線程在執(zhí)行M1一個(gè)G1發(fā)生阻塞時(shí),調(diào)度器讓M1拋棄P,等待G1返回,然后另起一個(gè)M2接收P來執(zhí)行剩下的goroutine隊(duì)列(G2、G3...),這是golang調(diào)度器厲害的地方,可以保證有足夠的線程來運(yùn)行剩下所有的goroutine。

當(dāng)G1結(jié)束后,M1會(huì)重新拿回P來完成,如果拿不到就丟到全局runqueue中,然后自己放到線程池或轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)。空閑的上下文P會(huì)周期性的檢查全局runqueue上的goroutine,并且執(zhí)行它。

另一種情況就是當(dāng)有些P1太閑而其他P2很忙碌的時(shí)候,會(huì)從其他上下文P2拿一些G來執(zhí)行。

詳細(xì)可以翻看下方第一個(gè)參考鏈接,寫得真好。

最后用大佬的總結(jié)來做最后的收尾————

Go語言運(yùn)行時(shí),通過核心元素G,M,P 和 自己的調(diào)度器,實(shí)現(xiàn)了自己的并發(fā)線程模型。調(diào)度器通過對(duì)G,M,P的調(diào)度實(shí)現(xiàn)了兩級(jí)線程模型中操作系統(tǒng)內(nèi)核之外的調(diào)度任務(wù)。整個(gè)調(diào)度過程中會(huì)在多種時(shí)機(jī)去觸發(fā)最核心的步驟 “一整輪調(diào)度”,而一整輪調(diào)度中最關(guān)鍵的部分在“全力查找可運(yùn)行G”,它保證了M的高效運(yùn)行(換句話說就是充分使用了計(jì)算機(jī)的物理資源),一整輪調(diào)度中還會(huì)涉及到M的啟用停止。最后別忘了,還有一個(gè)與Go程序生命周期相同的系統(tǒng)監(jiān)測任務(wù)來進(jìn)行一些輔助性的工作。

淺析Golang的線程模型與調(diào)度器

Golang CSP并發(fā)模型

Golang線程模型

【golang詳解】go語言GMP(GPM)原理和調(diào)度

Goroutine調(diào)度是一個(gè)很復(fù)雜的機(jī)制,下面嘗試用簡單的語言描述一下Goroutine調(diào)度機(jī)制,想要對(duì)其有更深入的了解可以去研讀一下源碼。

首先介紹一下GMP什么意思:

G ----------- goroutine: 即Go協(xié)程,每個(gè)go關(guān)鍵字都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)協(xié)程。

M ---------- thread內(nèi)核級(jí)線程,所有的G都要放在M上才能運(yùn)行。

P ----------- processor處理器,調(diào)度G到M上,其維護(hù)了一個(gè)隊(duì)列,存儲(chǔ)了所有需要它來調(diào)度的G。

Goroutine 調(diào)度器P和 OS 調(diào)度器是通過 M 結(jié)合起來的,每個(gè) M 都代表了 1 個(gè)內(nèi)核線程,OS 調(diào)度器負(fù)責(zé)把內(nèi)核線程分配到 CPU 的核上執(zhí)行

模型圖:

避免頻繁的創(chuàng)建、銷毀線程,而是對(duì)線程的復(fù)用。

1)work stealing機(jī)制

當(dāng)本線程無可運(yùn)行的G時(shí),嘗試從其他線程綁定的P偷取G,而不是銷毀線程。

2)hand off機(jī)制

當(dāng)本線程M0因?yàn)镚0進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用阻塞時(shí),線程釋放綁定的P,把P轉(zhuǎn)移給其他空閑的線程執(zhí)行。進(jìn)而某個(gè)空閑的M1獲取P,繼續(xù)執(zhí)行P隊(duì)列中剩下的G。而M0由于陷入系統(tǒng)調(diào)用而進(jìn)被阻塞,M1接替M0的工作,只要P不空閑,就可以保證充分利用CPU。M1的來源有可能是M的緩存池,也可能是新建的。當(dāng)G0系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束后,根據(jù)M0是否能獲取到P,將會(huì)將G0做不同的處理:

如果有空閑的P,則獲取一個(gè)P,繼續(xù)執(zhí)行G0。

如果沒有空閑的P,則將G0放入全局隊(duì)列,等待被其他的P調(diào)度。然后M0將進(jìn)入緩存池睡眠。

如下圖

GOMAXPROCS設(shè)置P的數(shù)量,最多有GOMAXPROCS個(gè)線程分布在多個(gè)CPU上同時(shí)運(yùn)行

在Go中一個(gè)goroutine最多占用CPU 10ms,防止其他goroutine被餓死。

具體可以去看另一篇文章

【Golang詳解】go語言調(diào)度機(jī)制 搶占式調(diào)度

當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)新的G之后優(yōu)先加入本地隊(duì)列,如果本地隊(duì)列滿了,會(huì)將本地隊(duì)列的G移動(dòng)到全局隊(duì)列里面,當(dāng)M執(zhí)行work stealing從其他P偷不到G時(shí),它可以從全局G隊(duì)列獲取G。

協(xié)程經(jīng)歷過程

我們創(chuàng)建一個(gè)協(xié)程 go func()經(jīng)歷過程如下圖:

說明:

這里有兩個(gè)存儲(chǔ)G的隊(duì)列,一個(gè)是局部調(diào)度器P的本地隊(duì)列、一個(gè)是全局G隊(duì)列。新創(chuàng)建的G會(huì)先保存在P的本地隊(duì)列中,如果P的本地隊(duì)列已經(jīng)滿了就會(huì)保存在全局的隊(duì)列中;處理器本地隊(duì)列是一個(gè)使用數(shù)組構(gòu)成的環(huán)形鏈表,它最多可以存儲(chǔ) 256 個(gè)待執(zhí)行任務(wù)。

G只能運(yùn)行在M中,一個(gè)M必須持有一個(gè)P,M與P是1:1的關(guān)系。M會(huì)從P的本地隊(duì)列彈出一個(gè)可執(zhí)行狀態(tài)的G來執(zhí)行,如果P的本地隊(duì)列為空,就會(huì)想其他的MP組合偷取一個(gè)可執(zhí)行的G來執(zhí)行;

一個(gè)M調(diào)度G執(zhí)行的過程是一個(gè)循環(huán)機(jī)制;會(huì)一直從本地隊(duì)列或全局隊(duì)列中獲取G

上面說到P的個(gè)數(shù)默認(rèn)等于CPU核數(shù),每個(gè)M必須持有一個(gè)P才可以執(zhí)行G,一般情況下M的個(gè)數(shù)會(huì)略大于P的個(gè)數(shù),這多出來的M將會(huì)在G產(chǎn)生系統(tǒng)調(diào)用時(shí)發(fā)揮作用。類似線程池,Go也提供一個(gè)M的池子,需要時(shí)從池子中獲取,用完放回池子,不夠用時(shí)就再創(chuàng)建一個(gè)。

work-stealing調(diào)度算法:當(dāng)M執(zhí)行完了當(dāng)前P的本地隊(duì)列隊(duì)列里的所有G后,P也不會(huì)就這么在那躺尸啥都不干,它會(huì)先嘗試從全局隊(duì)列隊(duì)列尋找G來執(zhí)行,如果全局隊(duì)列為空,它會(huì)隨機(jī)挑選另外一個(gè)P,從它的隊(duì)列里中拿走一半的G到自己的隊(duì)列中執(zhí)行。

如果一切正常,調(diào)度器會(huì)以上述的那種方式順暢地運(yùn)行,但這個(gè)世界沒這么美好,總有意外發(fā)生,以下分析goroutine在兩種例外情況下的行為。

Go runtime會(huì)在下面的goroutine被阻塞的情況下運(yùn)行另外一個(gè)goroutine:

用戶態(tài)阻塞/喚醒

當(dāng)goroutine因?yàn)閏hannel操作或者network I/O而阻塞時(shí)(實(shí)際上golang已經(jīng)用netpoller實(shí)現(xiàn)了goroutine網(wǎng)絡(luò)I/O阻塞不會(huì)導(dǎo)致M被阻塞,僅阻塞G,這里僅僅是舉個(gè)栗子),對(duì)應(yīng)的G會(huì)被放置到某個(gè)wait隊(duì)列(如channel的waitq),該G的狀態(tài)由_Gruning變?yōu)開Gwaitting,而M會(huì)跳過該G嘗試獲取并執(zhí)行下一個(gè)G,如果此時(shí)沒有可運(yùn)行的G供M運(yùn)行,那么M將解綁P,并進(jìn)入sleep狀態(tài);當(dāng)阻塞的G被另一端的G2喚醒時(shí)(比如channel的可讀/寫通知),G被標(biāo)記為,嘗試加入G2所在P的runnext(runnext是線程下一個(gè)需要執(zhí)行的 Goroutine。), 然后再是P的本地隊(duì)列和全局隊(duì)列。

系統(tǒng)調(diào)用阻塞

當(dāng)M執(zhí)行某一個(gè)G時(shí)候如果發(fā)生了阻塞操作,M會(huì)阻塞,如果當(dāng)前有一些G在執(zhí)行,調(diào)度器會(huì)把這個(gè)線程M從P中摘除,然后再創(chuàng)建一個(gè)新的操作系統(tǒng)的線程(如果有空閑的線程可用就復(fù)用空閑線程)來服務(wù)于這個(gè)P。當(dāng)M系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束時(shí)候,這個(gè)G會(huì)嘗試獲取一個(gè)空閑的P執(zhí)行,并放入到這個(gè)P的本地隊(duì)列。如果獲取不到P,那么這個(gè)線程M變成休眠狀態(tài), 加入到空閑線程中,然后這個(gè)G會(huì)被放入全局隊(duì)列中。

隊(duì)列輪轉(zhuǎn)

可見每個(gè)P維護(hù)著一個(gè)包含G的隊(duì)列,不考慮G進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)用或IO操作的情況下,P周期性的將G調(diào)度到M中執(zhí)行,執(zhí)行一小段時(shí)間,將上下文保存下來,然后將G放到隊(duì)列尾部,然后從隊(duì)列中重新取出一個(gè)G進(jìn)行調(diào)度。

除了每個(gè)P維護(hù)的G隊(duì)列以外,還有一個(gè)全局的隊(duì)列,每個(gè)P會(huì)周期性地查看全局隊(duì)列中是否有G待運(yùn)行并將其調(diào)度到M中執(zhí)行,全局隊(duì)列中G的來源,主要有從系統(tǒng)調(diào)用中恢復(fù)的G。之所以P會(huì)周期性地查看全局隊(duì)列,也是為了防止全局隊(duì)列中的G被餓死。

除了每個(gè)P維護(hù)的G隊(duì)列以外,還有一個(gè)全局的隊(duì)列,每個(gè)P會(huì)周期性地查看全局隊(duì)列中是否有G待運(yùn)行并將其調(diào)度到M中執(zhí)行,全局隊(duì)列中G的來源,主要有從系統(tǒng)調(diào)用中恢復(fù)的G。之所以P會(huì)周期性地查看全局隊(duì)列,也是為了防止全局隊(duì)列中的G被餓死。

M0

M0是啟動(dòng)程序后的編號(hào)為0的主線程,這個(gè)M對(duì)應(yīng)的實(shí)例會(huì)在全局變量rutime.m0中,不需要在heap上分配,M0負(fù)責(zé)執(zhí)行初始化操作和啟動(dòng)第一個(gè)G,在之后M0就和其他的M一樣了

G0

G0是每次啟動(dòng)一個(gè)M都會(huì)第一個(gè)創(chuàng)建的goroutine,G0僅用于負(fù)責(zé)調(diào)度G,G0不指向任何可執(zhí)行的函數(shù),每個(gè)M都會(huì)有一個(gè)自己的G0,在調(diào)度或系統(tǒng)調(diào)用時(shí)會(huì)使用G0的棧空間,全局變量的G0是M0的G0

一個(gè)G由于調(diào)度被中斷,此后如何恢復(fù)?

中斷的時(shí)候?qū)⒓拇嫫骼锏臈P畔ⅲ4娴阶约旱腉對(duì)象里面。當(dāng)再次輪到自己執(zhí)行時(shí),將自己保存的棧信息復(fù)制到寄存器里面,這樣就接著上次之后運(yùn)行了。

我這里只是根據(jù)自己的理解進(jìn)行了簡單的介紹,想要詳細(xì)了解有關(guān)GMP的底層原理可以去看Go調(diào)度器 G-P-M 模型的設(shè)計(jì)者的文檔或直接看源碼

參考: ()

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網(wǎng)頁標(biāo)題:go語言找圖,搜索go go圖片
文章轉(zhuǎn)載:http://chinadenli.net/article22/hedgjc.html

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