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0. 前言
上一讲 介绍了 Go 程序初始化的过程，这一讲继续往下看，进入调度器的初始化过程。
接着上一讲的执行过程，省略一些不相关的代码，执行到 runtime/asm_amd64.s:rt0_go:343L：
(dlv) si
asm_amd64.s:343 0x45431c* 8b442418 mov eax, dword ptr [rsp+0x18] // [rsp+0x18] 存储的是 argc 的值，eax = argc
asm_amd64.s:344 0x454320 890424 mov dword ptr [rsp], eax // 将 argc 移到 rsp，[rsp] = argc
asm_amd64.s:345 0x454323 488b442420 mov rax, qword ptr [rsp+0x20] // [rsp+0x20] 存储的是 argv 的值，rax = [rsp+0x20]
asm_amd64.s:346 0x454328 4889442408 mov qword ptr [rsp+0x8], rax // 将 argv 移到 [rsp+0x8]，[rsp+0x8] = argv
asm_amd64.s:347 0x45432d e88e2a0000 call $runtime.args // 调用 runtime.args 处理栈上的 argc 和 argv
asm_amd64.s:348 0x454332 e8c9280000 call $runtime.osinit // 调用 runtime.osinit 初始化系统核心数
asm_amd64.s:349 0x454337 e8e4290000 call $runtime.schedinit
上述指令调用 runtime.args 处理函数参数，接着调用 runtime.osinit 初始化系统核心数。runtime.osinit 在 runtime.os_linux.go 中定义：
func osinit() {
ncpu = getproccount()
physHugePageSize = getHugePageSize()
osArchInit()
}
runtime.osinit 主要初始化系统核心数 ncpu，该核心是逻辑核心数。
接着进入到本文的正题调度器初始化 runtime.schedinit 函数。
1. 调度器初始化
调度器初始化的代码在 runtime.schedinit：
// The bootstrap sequence is:
//
// call osinit
// call schedinit
// make & queue new G
// call runtime·mstart
//
// The new G calls runtime·main.
func schedinit() {
// step1: 从 TLS 中获取当前执行线程的 goroutine，gp = m0.tls[0] = g0
gp := getg()
// step2: 设置最大线程数
sched.maxmcount = 10000
// step3: 初始化线程，这里初始化的是线程 m0
mcommoninit(gp.m, -1)
// step4: 调用 procresize 创建 Ps
procs := ncpu
if procresize(procs) != nil {
throw("unknown runnable goroutine during bootstrap")
}
}
省略了函数中不相关的代码。
首先，step1 调用 getg() 获取当前线程执行的 goroutine。runtime 中随处可见 getg()，它是一个内联的汇编函数，用于直接从当前线程的寄存器或栈 TLS 中获取当前线程执行的 goroutine。Go runtime 会为每个线程（操作系统线程或 Go 运行时线程）维护一个 g 的指针，表示当前线程正在运行的 goroutine。
直观的分析，get() 的汇编实现类似于以下内容：
TEXT runtime·getg(SB), NOSPLIT, $0
MOVQ TLS, AX // 从线程局部存储 (Thread Local Storage) 获取 g
MOVQ g(AX), BX // 把 g 的值移动到 BX 寄存器
RET
获取到当前执行 goroutine 之后，在 step3 调用 mcommoninit 初始化执行 goroutine 的线程：
func mcommoninit(mp *m, id int64) {
// 获取线程的 goroutine，这里获取的是 g0
gp := getg()
...
// 对全局变量 sched 加锁
lock(&sched.lock)
// 设置 mp 的 id
if id >= 0 {
mp.id = id
} else {
mp.id = mReserveID()
}
// Add to allm so garbage collector doesn't free g->m
// when it is just in a register or thread-local storage.
mp.alllink = allm
// NumCgoCall() iterates over allm w/o schedlock,
// so we need to publish it safely.
atomicstorep(unsafe.Pointer(&allm), unsafe.Pointer(mp)) // allm = &m0
unlock(&sched.lock)
}
mcommoninit 函数会为 mp 设置 id，并且将 mp 和全局变量 allm 关联。更新内存分布如下图：
继续执行到 step4 procresize 函数，它是 schedinit 的重点：
func procresize(nprocs int32) *p {
// old = gomaxprocs = 0
old := gomaxprocs
if old < 0 || nprocs <= 0 {
throw("procresize: invalid arg")
}
// procresize 会根据新的 nprocs 调整 P 的数量，这里不做调整，跳过
if nprocs > int32(len(allp)) {
...
}
// 初始化 P
for i := old; i < nprocs; i++ {
pp := allp[i]
if pp == nil {
pp = new(p)
}
// 初始化新创建的 P
pp.init(i)
// 将新创建的 P 和全局变量 allp 关联
atomicstorep(unsafe.Pointer(&allp[i]), unsafe.Pointer(pp)) // allp[i] = &pp
}
...
}
procresize 函数比较长，这里分段介绍。
首先创建 P，接着调用 init 初始化创建的 P：
func (pp *p) init(id int32) {
pp.id = id
pp.status = _Pgcstop // _Pgcstop = 3
...
}
新创建的 P 的 id 是循环的索引 i，状态是 _Pgcstop。接着，将创建的 P 和全局变量 allp 进行关联。
接着看 procresize 函数：
func procresize(nprocs int32) *p {
// gp = g0
gp := getg()
// 判断执行的 goroutine 线程是否绑定到 P 上
// 如果有，并且是有效的 P，则继续绑定；如果没有，进入 else 逻辑；
if gp.m.p != 0 && gp.m.p.ptr().id < nprocs {
// continue to use the current P
gp.m.p.ptr().status = _Prunning
gp.m.p.ptr().mcache.prepareForSweep()
} else {
...
gp.m.p = 0 // 初始化 gp.m.p = 0
pp := allp[0] // 从 allp 中拿第一个 P
pp.m = 0 // 设置 P 的 m 等于 0
pp.status = _Pidle // 更新 P 的状态为 _Pidle(0)
acquirep(pp) // 关联 P 和 m
...
}
}
acquirep() 函数将 P 和当前的线程 m 绑定，如下：
func acquirep(pp *p) {
wirep(pp)
...
}
func wirep(pp *p) {
// gp = g0
gp := getg()
// 如果当前线程已经绑定了 P 则抛出异常
if gp.m.p != 0 {
throw("wirep: already in go")
}
// 如果当前 P 已经绑定 m，并且 P 的状态不等于 _Pidle 则抛出异常
if pp.m != 0 || pp.status != _Pidle {
id := int64(0)
if pp.m != 0 {
id = pp.m.ptr().id
}
print("wirep: p->m=", pp.m, "(", id, ") p->status=", pp.status, "\n")
throw("wirep: invalid p state")
}
gp.m.p.set(pp) // 绑定当前线程 m 的 P 到 pp，这里是 g0.m.p = allp[0]
pp.m.set(gp.m) // 绑定 P 的 m 到当前线程，这里是 allp[0].m = m0
pp.status = _Prunning // 如果 P 绑定到 m，意味着 P 可以调度 g 在线程上运行了。这里设置 P 的状态为 _Prunning(1)
}
根据上述分析，更新内存分布如下图：
(这里我们的 nprocs = 3，所以图中 len(allp) = 3)
到此还没有结束。继续看 procresize：
func procresize(nprocs int32) *p {
...
// runnablePs 存储可运行的 Ps
var runnablePs *p
for i := nprocs - 1; i >= 0; i-- {
pp := allp[i]
// 如果 P 是当前线程绑定的 P 则跳过
if gp.m.p.ptr() == pp {
continue
}
// 将 P 的状态设为 _Pidle(0)，表示当前 P 是空闲的
pp.status = _Pidle
// runqempty 判断 P 中的本地运行队列是否是空队列
// 如果是空，表明 P 中不存在 goroutine
if runqempty(pp) {
pidleput(pp, now) // 如果是空，将 P 和全局变量 sched 绑定，线程可以通过 sched 找到空闲状态的 P
} else {
pp.m.set(mget()) // 如果不为空，调用 mget() 获取空闲的线程 m。并且将 P.m 绑定到该线程
pp.link.set(runnablePs) // 将 P 的 link 指向 runnablePs，表明 P 是可运行的
runnablePs = pp // 将 runnablePs 指向 P，调用者通过 runnalbePs 拿到可运行的 P
}
}
...
return runnablePs
}
最后的一段就是对 allp 中没有绑定到当前线程的 P 做处理。首先，设置 P 的状态为 _Pidle(0)，接着调用 runqempty 判断当前线程的本地运行队列是否为空：
// runqempty reports whether pp has no Gs on its local run queue.
// It never returns true spuriously.
func runqempty(pp *p) bool {
// Defend against a race where 1) pp has G1 in runqnext but runqhead == runqtail,
// 2) runqput on pp kicks G1 to the runq, 3) runqget on pp empties runqnext.
// Simply observing that runqhead == runqtail and then observing that runqnext == nil
// does not mean the queue is empty.
for {
head := atomic.Load(&pp.runqhead)
tail := atomic.Load(&pp.runqtail)
runnext := atomic.Loaduintptr((*uintptr)(unsafe.Pointer(&pp.runnext)))
if tail == atomic.Load(&pp.runqtail) {
return head == tail && runnext == 0
}
}
}
这里 P 中的 runq 存储的是本地运行队列。P 的 runqhead 指向 runq 队列(实际是数组) 的头，runqtail 指向 runq 队尾。
P 中的 runnext 指向下一个执行的 goroutine，它的优先级是最高的。可以参考 runqempty 中的注释去看为什么判断空队列要这么写。
如果 P 中无可运行的 goroutine，则调用 pidleput 将 P 添加到全局变量 sched 中：
func pidleput(pp *p, now int64) int64 {
...
pp.link = sched.pidle // P.link = shced.pidle
sched.pidle.set(pp) // shced.pidle = P
sched.npidle.Add(1) // sched.npidle 表示空间的 P 数量
...
return now
}
这里我们的 nprocs = 3，初始化只有一个 allp[0] 是 _Prunning 的，其余两个 Ps 是 _Pidle 状态。更新内存分布如下图：
2. 小结
好了，到这里我们的调度器初始化逻辑基本介绍完了。下一讲，将继续分析 main gouroutine 的创建。