【golang】调度系列之sysmon

调度系列
调度系列之goroutine
调度系列之m
调度系列之p

在golang的调度体系中，除了GMP本身，还有另外一个比较重要的角色sysmon。实际上，除了GMP和sysmon，runtime中还有一个全局的调度器对象。但该对象只是维护一些全局的数据，而不承担实际的调度职责，并不值得单独介绍，感兴趣的同学可以自己了解一下。

回到sysmon，sysmon是一个管理线程或者说守护线程，其是对GMP调度架构的补充和兜底。通过前面的几篇介绍，可以知道GMP的调度完全是主动协作式的调度。主动协作式的调度性能很高，但是在某些情况下会出现单个goroutine长期占据时间片甚至一直占据时间片的情况。
比如：

某个goroutine不执行主动调度、不调用系统调用、不做函数调用，就会一直运行直到goroutine退出；
某个goroutine处于syscall状态时也无法触发主动调度，可能会造成该goroutine长时间占据时间片；

sysmon的作用就是处理类似上面情况，其主要的工作内容有：

定期查看netpoll有无就绪的任务，防止netpoll阻塞队列中的goroutine饥饿；
定期查看是否有p长时间(10ms)处于syscall状态，如有则将p的持有权释放以执行其他g；
定期查看是否有p长时间(10ms)没有调度，如有则对当前m发送信号，触发基于信号的异步抢占调度；

在main函数启动时，会调用newm函数创建sysmon线程，sysmon作为mstartfn传入。

// src/runtime/proc.go 145
// The main goroutine.
func main() {...if GOARCH != "wasm" { // no threads on wasm yet, so no sysmonsystemstack(func() {newm(sysmon, nil, -1)})}...
}

在介绍m的时候，我们提到过，mstart中会先调用mstartfn，然后再获取p并调用schedule函数。由于sysmon函数是循环不返回的，所以对应的m(也就是线程)永远运行sysmon，并且不需要获取p。所以并不是所有的m都需要p才可以运行的。
接下来，我们看下sysmon的里面具体做了些什么。

进入sysmon可以看到里面是一个死循环，这和我们上面提到的一样。该循环并非一直忙等，而是会根据系统的情况进行延时睡眠，初始的interval是20us，最大的interval是10ms。
在某些特殊的情况，sysmon可以进入更长时间(超过10ms)的睡眠，条件包括：
- 系统不需要schedtrace。看起来是和调度相关观测的内容，如果需要schedtrace，则sysmon需要及时输出相关数据；
- 系统处于停滞状态。这个停滞是我自己描述的，不一定准确，包括两种情况：1. 所有的p都是空闲的，此时系统中没有任务执行；2. 系统在等待进入gc状态，马上要stop the world；
  满足上面两个条件，则可最大进行1min的睡眠。1min是最大强制gc时间(2min)的一半。
sysmon的活跃状态，首先会坚持netpoll是否超过10ms没有被检查过，这是为了防止netpoll挂载goroutine的饥饿；
然后会进行retake操作，retake的内容就是对所有p进行检查，查看p是否处于syscall或者被一个goroutine占据时间过长(超过10ms)，如果有则进行相应的处理；
最后还会进行gc和schedtrace相关的操作；

// src/runtime.go 5134
func sysmon() {lock(&sched.lock)sched.nmsys++checkdead()unlock(&sched.lock)lasttrace := int64(0)idle := 0 // how many cycles in succession we had not wokeup somebodydelay := uint32(0)for {if idle == 0 { // start with 20us sleep...delay = 20} else if idle > 50 { // start doubling the sleep after 1ms...delay *= 2}if delay > 10*1000 { // up to 10msdelay = 10 * 1000}usleep(delay)now := nanotime()if debug.schedtrace <= 0 && (sched.gcwaiting != 0 || atomic.Load(&sched.npidle) == uint32(gomaxprocs)) {lock(&sched.lock)if atomic.Load(&sched.gcwaiting) != 0 || atomic.Load(&sched.npidle) == uint32(gomaxprocs) {syscallWake := falsenext := timeSleepUntil()if next > now {atomic.Store(&sched.sysmonwait, 1)unlock(&sched.lock)// Make wake-up period small enough// for the sampling to be correct.sleep := forcegcperiod / 2if next-now < sleep {sleep = next - now}shouldRelax := sleep >= osRelaxMinNSif shouldRelax {osRelax(true)}syscallWake = notetsleep(&sched.sysmonnote, sleep)if shouldRelax {osRelax(false)}lock(&sched.lock)atomic.Store(&sched.sysmonwait, 0)noteclear(&sched.sysmonnote)}if syscallWake {idle = 0delay = 20}}unlock(&sched.lock)}lock(&sched.sysmonlock)// Update now in case we blocked on sysmonnote or spent a long time// blocked on schedlock or sysmonlock above.now = nanotime()// trigger libc interceptors if neededif *cgo_yield != nil {...}// poll network if not polled for more than 10mslastpoll := int64(atomic.Load64(&sched.lastpoll))if netpollinited() && lastpoll != 0 && lastpoll+10*1000*1000 < now {atomic.Cas64(&sched.lastpoll, uint64(lastpoll), uint64(now))list := netpoll(0) // non-blocking - returns list of goroutinesif !list.empty() {incidlelocked(-1)injectglist(&list)incidlelocked(1)}}if GOOS == "netbsd" && needSysmonWorkaround {...}if scavenger.sysmonWake.Load() != 0 {// Kick the scavenger awake if someone requested it.scavenger.wake()}// retake P's blocked in syscalls// and preempt long running G'sif retake(now) != 0 {idle = 0} else {idle++}// check if we need to force a GCif t := (gcTrigger{kind: gcTriggerTime, now: now}); t.test() && atomic.Load(&forcegc.idle) != 0 {lock(&forcegc.lock)forcegc.idle = 0var list gListlist.push(forcegc.g)injectglist(&list)unlock(&forcegc.lock)}if debug.schedtrace > 0 && lasttrace+int64(debug.schedtrace)*1000000 <= now {lasttrace = nowschedtrace(debug.scheddetail > 0)}unlock(&sched.sysmonlock)}
}

retake的操作也相对比较好理解。在p的介绍中我们提到过schedtick、syscalltick、sysmontick三个字段，其作用正是为了sysmon的检查。

sysmontick表示sysmon观测到的调度和系统调用情况，schedtick、syscalltick为实际的调度和系统调用情况。因为sysmon会经常睡眠，所以两者之间会有差异。

sysmon在检查所有p的过程中，如果发现sysmontick落后于实际情况，就会以实际情况为准更新sysmontick，同时也不会再做校验。因为sysmon睡眠最大时间为10ms，说明对应的p在10ms内做了调度。
如果sysmontick和实际情况一只，则要看p是否运行一个goroutine超过10ms，如果是，则对m发送信号，触发异步抢占调度；如果p处于syscall状态超过10ms，则将p的持有权释放执行其他g。

func retake(now int64) uint32 {n := 0// Prevent allp slice changes. This lock will be completely// uncontended unless we're already stopping the world.lock(&allpLock)// We can't use a range loop over allp because we may// temporarily drop the allpLock. Hence, we need to re-fetch// allp each time around the loop.for i := 0; i < len(allp); i++ {_p_ := allp[i]if _p_ == nil {// This can happen if procresize has grown// allp but not yet created new Ps.continue}pd := &_p_.sysmonticks := _p_.statussysretake := falseif s == _Prunning || s == _Psyscall {// Preempt G if it's running for too long.t := int64(_p_.schedtick)if int64(pd.schedtick) != t {pd.schedtick = uint32(t)pd.schedwhen = now} else if pd.schedwhen+forcePreemptNS <= now {preemptone(_p_)// In case of syscall, preemptone() doesn't// work, because there is no M wired to P.sysretake = true}}if s == _Psyscall {// Retake P from syscall if it's there for more than 1 sysmon tick (at least 20us).t := int64(_p_.syscalltick)if !sysretake && int64(pd.syscalltick) != t {pd.syscalltick = uint32(t)pd.syscallwhen = nowcontinue}// On the one hand we don't want to retake Ps if there is no other work to do,// but on the other hand we want to retake them eventually// because they can prevent the sysmon thread from deep sleep.if runqempty(_p_) && atomic.Load(&sched.nmspinning)+atomic.Load(&sched.npidle) > 0 && pd.syscallwhen+10*1000*1000 > now {continue}// Drop allpLock so we can take sched.lock.unlock(&allpLock)// Need to decrement number of idle locked M's// (pretending that one more is running) before the CAS.// Otherwise the M from which we retake can exit the syscall,// increment nmidle and report deadlock.incidlelocked(-1)if atomic.Cas(&_p_.status, s, _Pidle) {if trace.enabled {traceGoSysBlock(_p_)traceProcStop(_p_)}n++_p_.syscalltick++handoffp(_p_)}incidlelocked(1)lock(&allpLock)}}unlock(&allpLock)return uint32(n)
}