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Golang源码学习:调度逻辑(二)main goroutine的创建

接上一篇继续分析一下runtime.newproc方法。

函数签名

newproc函数的签名为 newproc(siz int32, fn *funcval)

siz是传入的参数大小(不是个数);fn对应的是函数,但并不是函数指针,funcval.fn才是真正指向函数代码的指针。

// go/src/runtime/runtime2.gotype funcval struct {	fn uintptr // 真正指向函数代码的指针}

关键字go

在golang中编译器会把类似 go foo() 编译成调用 runtime.newproc 方法。

准备一段代码:

package mainimport (	"fmt"	"time")func main() {	go printAdd(3, 7)	time.Sleep(time.Second)}func printAdd(a, b int) {	fmt.Println(a + b)}

开始调试:

关于golang栈结构的分析可以参考 Golang源码学习:使用gdb调试探究Golang函数调用栈结构

root@xiamin:~/study# dlv debug test.goType 'help' for list of commands.(dlv) b main.mainBreakpoint 1 set at 0x4ada0f for main.main() ./test.go:8(dlv) c> main.main() ./test.go:8 (hits goroutine(1):1 total:1) (PC: 0x4ada0f)     3:	import (     4:		"fmt"     5:		"time"     6:	)     7:=>   8:	func main() {     9:		go printAdd(3, 7)    10:		time.Sleep(time.Second)    11:	}    12:    13:	func printAdd(a, b int) {// 这里执行几次si,得到下面。(dlv) disassTEXT main.main(SB) /root/study/test.go	test.go:8		0x4ada00	64488b0c25f8ffffff	mov rcx, qword ptr fs:[0xfffffff8]	test.go:8		0x4ada09	483b6110		cmp rsp, qword ptr [rcx+0x10]	test.go:8		0x4ada0d	764f			jbe 0x4ada5e	test.go:8		0x4ada0f*	4883ec28		sub rsp, 0x28	test.go:8		0x4ada13	48896c2420		mov qword ptr [rsp+0x20], rbp	test.go:8		0x4ada18	488d6c2420		lea rbp, ptr [rsp+0x20]        // 在main的栈帧中设置newproc的参数siz,16字节	test.go:9		0x4ada1d	c7042410000000		mov dword ptr [rsp], 0x10        // 计算printAdd函数对应的funcval结构体的地址放入rax	test.go:9		0x4ada24	488d057d5e0300		lea rax, ptr [rip+0x35e7d]        // 在main的栈帧中设置newproc的参数fn	test.go:9		0x4ada2b	4889442408		mov qword ptr [rsp+0x8], rax        // printAdd的参数a	test.go:9		0x4ada30	48c744241003000000	mov qword ptr [rsp+0x10], 0x3        // printAdd的参数b	test.go:9		0x4ada39	48c744241807000000	mov qword ptr [rsp+0x18], 0x7        // 调用 runtime.newproc=>	test.go:9		0x4ada42	e80902f9ff		call $runtime.newproc	test.go:10		0x4ada47	48c7042400ca9a3b	mov qword ptr [rsp], 0x3b9aca00	test.go:10		0x4ada4f	e86c4afaff		call $time.Sleep	test.go:11		0x4ada54	488b6c2420		mov rbp, qword ptr [rsp+0x20]	test.go:11		0x4ada59	4883c428		add rsp, 0x28	test.go:11		0x4ada5d	c3			ret	test.go:8		0x4ada5e	e88d47fbff		call $runtime.morestack_noctxt	<autogenerated>:1	0x4ada63	eb9b			jmp $main.main

我们来验证一下fn参数:

(dlv) regs    ......    Rax = 0x00000000004e38a8	// 存储的是 printAdd 对应的 runtime.funcval 地址。    ......(dlv) p *(*runtime.funcval)(0x00000000004e38a8)runtime.funcval {fn: 4905584}	// 4905584是十进制,转换成十六进制是 0x4ada70。(dlv) p &printAdd(*)(0x4ada70)			// 函数指针与上面的 funcval.fn 相符。

此段仅用来分析go关键字的实现。与下面的 main goroutine无直接关联。

main goroutine的创建

以下注释的场景均为初始化时。

runtime·rt0_go 中调用 runtime.newproc 相关代码:

TEXT runtime·rt0_go(SB),NOSPLIT,$0        ......        // 调用runtime·newproc创建goroutine,指向函数为runtime·main	MOVQ	$runtime·mainPC(SB), AX	// runtime·mainPC就是runtime·main	PUSHQ	AX			// newproc的第二个参数fn,也就是goroutine要执行的函数。	PUSHQ	$0			// newproc的第一个参数siz,表示要传入runtime·main中参数的大小,此处为0。	// 创建 main goroutine。非main goroutine也是此方法创建。	CALL	runtime·newproc(SB)		POPQ	AX	POPQ	AX        ......DATA	runtime·mainPC+0(SB)/8,$runtime·main(SB)GLOBL	runtime·mainPC(SB),RODATA,$8

runtime.newproc

func newproc(siz int32, fn *funcval) {        // 获取fn函数的参数起始地址,可参考上例中的printAdd,sys.PtrSize的值是8。	argp := add(unsafe.Pointer(&fn), sys.PtrSize)	        // 获取一个g(m0.g0)	gp := getg()        // 调用者的pc,也就是执行完此函数返回调用者时的下一条指令地址,本例中是 POPQ AX	pc := getcallerpc()		systemstack(func() {		newproc1(fn, argp, siz, gp, pc)	})}

runtime.newproc1

func newproc1(fn *funcval, argp unsafe.Pointer, narg int32, callergp *g, callerpc uintptr) {	_g_ := getg()	// 当前g。g0        ......	acquirem() // 禁止抢占	siz := narg	siz = (siz + 7) &^ 7	// 使siz为8的整数倍。&^为双目运算符,将运算符左边数据相异的保留,相同位清零。        ......	_p_ := _g_.m.p.ptr()	// 当前关联的p。allp[0]	newg := gfget(_p_)	// 获取一个g,下有分析。	if newg == nil {		newg = malg(_StackMin)			// 分配一个新g		casgstatus(newg, _Gidle, _Gdead)	// 更改状态		allgadd(newg)				// 加入到allgs切片中	}	......        // 调整newg的栈顶指针	totalSize := 4*sys.RegSize + uintptr(siz) + sys.MinFrameSize // extra space in case of reads slightly beyond frame	totalSize += -totalSize & (sys.SpAlign - 1)                  // align to spAlign	sp := newg.stack.hi - totalSize	spArg := sp	......	if narg > 0 {		memmove(unsafe.Pointer(spArg), argp, uintptr(narg)) // 将参数从调用newproc的函数栈帧中copy到新的g栈帧中。                ......	}        // newg.sched存储的是调度相关的信息,调度器要将这些信息装载到cpu中才能运行goroutine。	memclrNoHeapPointers(unsafe.Pointer(&newg.sched), unsafe.Sizeof(newg.sched))	// 将newg.sched结构体清零	newg.sched.sp = sp	// 栈顶	newg.stktopsp = sp        // 此处只是暂时借用pc属性存储 runtime.goexit + 1 位置的地址。在gostartcallfn会用到。	newg.sched.pc = funcPC(goexit) + sys.PCQuantum	// +PCQuantum so that previous instruction is in same function	newg.sched.g = guintptr(unsafe.Pointer(newg))	// 存储newg指针	gostartcallfn(&newg.sched, fn)			// 将函数与g关联起来。下有分析。	......	casgstatus(newg, _Gdead, _Grunnable)		// 更改状态	......	runqput(_p_, newg, true)			// 存储到运行队列中。         // 初始化时不会执行,mainStarted 在 runtime.main 中设置为 true	if atomic.Load(&sched.npidle) != 0 && atomic.Load(&sched.nmspinning) == 0 && mainStarted {		wakep()	}	releasem(_g_.m)}

总结一下初始化时newproc1做的工作:

  • 调用gfget获取newg,如果为nil,调用malg分配一个,然后加入到全局变量allgs中。
  • 从调用newproc的函数栈帧中copy参数到newg栈帧中。
  • 设置newg.sched属性,调用gostartcallfn,将newg和函数关联。
  • 更改状态为_Grunnable,存储到p.runq中(p.runq长度是256,满了会被拿出一些放在sched.runq中)。

概括讲就是:获取g->复制参数->设置调度属性->放入队列等调度。

下面来分析以下gfget、gostartcallfn。

runtime.gfget

整体逻辑为:在p.gFree为空,sched.gFree中不空时,从后者向前者最多转移32个。然后从前者的头部返回一个。如果没有分配栈帧,就分配。

func gfget(_p_ *p) *g {retry:        // 如果p.gFree为空,但sched.gFree中不为空,则从其中最多获取32个	if _p_.gFree.empty() && (!sched.gFree.stack.empty() || !sched.gFree.noStack.empty()) {		lock(&sched.gFree.lock)		// Move a batch of free Gs to the P.		for _p_.gFree.n < 32 {			// Prefer Gs with stacks.			gp := sched.gFree.stack.pop()			if gp == nil {				gp = sched.gFree.noStack.pop()				if gp == nil {					break				}			}			sched.gFree.n--			_p_.gFree.push(gp)			_p_.gFree.n++		}		unlock(&sched.gFree.lock)		goto retry	}	gp := _p_.gFree.pop()	// 从列表头部获取一个g	if gp == nil {		return nil	}	_p_.gFree.n--	if gp.stack.lo == 0 {	// 没有栈就分配栈		// Stack was deallocated in gfput. Allocate a new one.		systemstack(func() {			gp.stack = stackalloc(_FixedStack)		})		gp.stackguard0 = gp.stack.lo + _StackGuard	} else {		......	}	return gp}

runtime.gostartcallfn

func gostartcallfn(gobuf *gobuf, fv *funcval) {	var fn unsafe.Pointer        // fn是真正指向函数的指针	if fv != nil {		fn = unsafe.Pointer(fv.fn)	} else {		fn = unsafe.Pointer(funcPC(nilfunc))	}	gostartcall(gobuf, fn, unsafe.Pointer(fv))}

runtime.gostartcall

gostartcall主要做了两件事:

  • 将 fn 伪造成是被 goexit 调用的
  • 将 buf.pc 赋值为真正的函数指针
func gostartcall(buf *gobuf, fn, ctxt unsafe.Pointer) {	sp := buf.sp	if sys.RegSize > sys.PtrSize {		sp -= sys.PtrSize		*(*uintptr)(unsafe.Pointer(sp)) = 0	}	sp -= sys.PtrSize	// 为返回地址预留空间        // buf.pc 存储的是 funcPC(goexit) + sys.PCQuantum         // 将其存储到返回地址是为了伪造成 fn 是被 goexit 调用的,在 fn 执行完后返回 goexit执行,做一些清理工作。	*(*uintptr)(unsafe.Pointer(sp)) = buf.pc	buf.sp = sp		// 重新赋值	buf.pc = uintptr(fn)	// 赋值为函数指针	buf.ctxt = ctxt}

文章来源:智云一二三科技

文章标题:Golang源码学习:调度逻辑(二)main goroutine的创建

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