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Go 调度器跟踪

这是William Kennedy写的第二篇文章: Scheduler Tracing In Go , 第一篇为Stack Traces In Go。

本文主要介绍如何跟踪Go的调度器Scheduler的活动。

介绍

我喜欢Go的原因之一就是能够产生概要(profiling)和调试信息。当你的程序运行时, GODEBUG 环境变量可以产生运行时的调试信息。你可以请求垃圾回收器和调度器(scheduler)的摘要信息和细节。关键是你不需要额外创建单独的编译程序就可以实现。

在本文中,我将演示如何理解一个简单的并发Go程序的调度器跟踪信息。如果你已经有Go调度器的基本概念,对阅读本文会很有帮助, 在开始下面的介绍前我建议你阅读下面的两篇文章:

  1. Concurrency, Goroutines and GOMAXPROCS
  2. Go Scheduler

代码

下面的代码就是用来演示用的例子。

列表1
package main  import (  "sync"  "time" )  func main() {  var wg sync.WaitGroup  wg.Add(10)   for i :=0; i <10; i++ {  go work(&wg)  }   wg.Wait()   // Wait to see the global run queue deplete.  time.Sleep(3 * time.Second) }  func work(wg *sync.WaitGroup) {  time.Sleep(time.Second)   var counter int  for i :=0; i <1e10; i++ {  counter++  }   wg.Done() } 

列表1的第12行使用一个for循环创建10个goroutine,第16行main函数中等待所有的goroutine完成任务。第22行的work函数先sleep 1秒,然后计数 10亿次。一旦计数完成,调用waitGroup的Done方法然后返回。

首先 go build 程序,然后运行时设置GODEBUG环境变量。这个变量会被运行时读取,所以Go命令也会产生跟踪信息。如果在运行 go run 命令的时候设置了GODEBUG变量,在程序运行之前就会看到跟踪信息。

所以还是让我们先编译程序:

gobuild example.go 

调度器摘要信息

schedtrace参数告诉运行时打印一行调度器的摘要信息到标准err输出中,时间间隔可以指定,单位毫秒,如下所示:

GOMAXPROCS=1GODEBUG=schedtrace=1000./example 

译者注: 如果在windows下可以运行 set GOMAXPROCS=1 && set GODEBUG=schedtrace=1000 && example

程序开始后每个一秒就会打印一行调度器的概要信息,程序本身没有任何输出,所以我们只关注输出的跟踪信息。让我们先看前两行:

SCHED 0ms:gomaxprocs=1idleprocs=0threads=2spinningthreads=0idlethreads=0 runqueue=0[1]  SCHED 1009ms:gomaxprocs=1idleprocs=0threads=3spinningthreads=0idlethreads=1 runqueue=0[9] 

让我们分解每一个项,看看它们分别代表什么含义。

输出项 意义
1009ms 自从程序开始的毫秒数
gomaxprocs=1 配置的处理器数(逻辑的processor,也就是Go模型中的P,会通过操作系统的线程绑定到一个物理处理器上)
threads=3 运行期管理的线程数,目前三个线程
idlethreads=1 空闲的线程数,当前一个线程空闲,两个忙
idleprocs=0 空闲的处理器数,当前0个空闲
runqueue=0 在全局的run队列中的goroutine数,目前所有的goroutine都被移动到本地run队列
[9] 本地run队列中的goroutine数,目前9个goroutine在本地run队列中等待

Go运行时给了我们很多有用的摘要信息。当我们看第一秒的跟踪数据时,我们看到一个goroutine正在运行,而其它9个都在等待:

Go 调度器跟踪

图1中处理器由字符P代表,线程由M代表,goroutine由G代表。我们看到全局run队列为空,处理器正在执行一个goroutine。其余9在本地队列中等待。

如果我们配置多个处理器会怎样呢?让我们增加GOMAXPROCS 看看输出结果:

GOMAXPROCS=2GODEBUG=schedtrace=1000./example  SCHED 0ms:gomaxprocs=2idleprocs=1threads=2spinningthreads=0 idlethreads=0runqueue=0[00]  SCHED 1002ms:gomaxprocs=2idleprocs=0threads=4spinningthreads=1 idlethreads=1runqueue=0[04]  SCHED 2006ms:gomaxprocs=2idleprocs=0threads=4spinningthreads=0 idlethreads=1runqueue=0[44]  …  SCHED 6024ms:gomaxprocs=2idleprocs=0threads=4spinningthreads=0 idlethreads=1runqueue=2[33]  …  SCHED 10049ms:gomaxprocs=2idleprocs=0threads=4spinningthreads=0 idlethreads=1runqueue=4[22] …  SCHED 13067ms:gomaxprocs=2idleprocs=0threads=4spinningthreads=0 idlethreads=1runqueue=6[11]  …  SCHED 17084ms:gomaxprocs=2idleprocs=0threads=4spinningthreads=0 idlethreads=1runqueue=8[00]  …  SCHED 21100ms:gomaxprocs=2idleprocs=2threads=4spinningthreads=0 idlethreads=2runqueue=0[00] 

让我们将视线放在第二秒:

SCHED 2002ms: gomaxprocs=2idleprocs=0threads=4spinningthreads=0 idlethreads=1runqueue=0[44]  2002ms : Thisisthetraceforthe2secondmark. gomaxprocs=2:2processors are configuredforthis program. threads=4:4threads exist.2forprocessorsand2fortheruntime. idlethreads=1:1idle thread (3threadsrunning). idleprocs=0:0processors are idle (2processors busy). runqueue=0: All runnable goroutines have been movedtoalocalrunqueue. [44] :4goroutines are waiting inside eachlocalrunqueue. 

Go 调度器跟踪

让我们看第二秒的信息,可以看到goroutine是如何被处理器运行的。我们也可以看到有8个goroutine在本地run队列中等待,每个本地run队列包含4个等待的goroutine。

让我们再来看第6秒的信息:

SCHED 6024ms:gomaxprocs=2idleprocs=0threads=4spinningthreads=0 idlethreads=1runqueue=2[33]  idleprocs=0:0processors are idle (2processors busy). runqueue=2:2goroutines returnedandare waiting to be terminated. [33] :3goroutines are waiting inside each local run queue. 

Go 调度器跟踪

第6秒数据有些变化,如图3所示,两个goroutine完成了它们的任务,放回到全局run队列中。当然我们还是有两个goruntine在运行(G6,G7),每个P运行一个。每个本地run队列中还有3个goroutine在等待。

注意:

在很多情况下goroutine在终止前并没有被放回到全局run队列。本文中的例子比较特殊,它的方法体是一个for循环,并没有调用其它函数,而且运行时间超过10ms。10毫秒是调度器的调度标杆,过了10毫秒的执行时间,调度器就会尝试占用(preempt)这个goroutine。本例中的goroutine没有被占用是因为它们没有调用其它函数。本例中一旦goroutine执行到wg.Done调用,它们立即被占用,然后移动到全局run队列等待终止。

在17秒我们看到只有两个goroutine还在运行:

SCHED 17084ms:gomaxprocs=2idleprocs=0threads=4spinningthreads=0 idlethreads=1runqueue=8[00]  idleprocs=0:0processors are idle (2processors busy). runqueue=8:8goroutines returnedandare waiting to be terminated. [00] : No goroutines are waiting inside any local run queue. 

Go 调度器跟踪

从图4可以看出,8个goroutine被移动到全局run队列等待终止。两个goroutine(G12和G13)还在运行,本地run队列都为空。

最后在第21秒:

SCHED 21100ms:gomaxprocs=2idleprocs=2threads=4spinningthreads=0 idlethreads=2runqueue=0[00]  idleprocs=2:2processors are idle (0processors busy). runqueue=0: All the goroutines that wereinthe queue have been terminated. [00] : No goroutines are waiting inside any local run queue. 

Go 调度器跟踪 如图5所示,这时那10个goroutine都已经完成任务被终止。

调度器跟踪信息的细节

调度器的摘要信息很有帮助,但是有时候你需要更深入的了解它的细节。在这种情况下,我们可以使用scheddetail 参数,可以提供处理器P,线程M和goroutine G的细节。让我们再运行一下程序,增加scheddetail 参数:

GOMAXPROCS=2GODEBUG=schedtrace=1000,scheddetail=1./example 

下面的日志是第4秒的输出:

SCHED 4028ms:gomaxprocs=2idleprocs=0threads=4spinningthreads=0 idlethreads=1runqueue=2gcwaiting=0nmidlelocked=0stopwait=0sysmonwait=0 P0: status=1schedtick=10syscalltick=0m=3runqsize=3gfreecnt=0 P1: status=1schedtick=10syscalltick=1m=2runqsize=3gfreecnt=0 M3: p=0curg=4mallocing=0throwing=0gcing=0locks=0dying=0helpgc=0spinning=0blocked=0lockedg=-1 M2: p=1curg=10mallocing=0throwing=0gcing=0locks=0dying=0helpgc=0spinning=0blocked=0lockedg=-1 M1: p=-1curg=-1mallocing=0throwing=0gcing=0locks=1dying=0helpgc=0spinning=0blocked=0lockedg=-1 M0: p=-1curg=-1mallocing=0throwing=0gcing=0locks=0dying=0helpgc=0spinning=0blocked=0lockedg=-1 G1: status=4(semacquire)m=-1lockedm=-1 G2: status=4(force gc (idle))m=-1lockedm=-1 G3: status=4(GC sweep wait)m=-1lockedm=-1 G4: status=2(sleep)m=3lockedm=-1 G5: status=1(sleep)m=-1lockedm=-1 G6: status=1(stack growth)m=-1lockedm=-1 G7: status=1(sleep)m=-1lockedm=-1 G8: status=1(sleep)m=-1lockedm=-1 G9: status=1(stack growth)m=-1lockedm=-1 G10: status=2(sleep)m=2lockedm=-1 G11: status=1(sleep)m=-1lockedm=-1 G12: status=1(sleep)m=-1lockedm=-1 G13: status=1(sleep)m=-1lockedm=-1 G17: status=4(timer goroutine (idle))m=-1lockedm=-1 

摘要信息是类似的,但是包含了处理器、线程和goroutine的信息。首先看一下处理器P的信息:

P0: status=1schedtick=10syscalltick=0m=3runqsize=3gfreecnt=0  P1: status=1schedtick=10syscalltick=1m=2runqsize=3gfreecnt=0 

我们设置了两个处理器,因此有两行数据。下面是线程的信息:

M3: p=0curg=4mallocing=0throwing=0gcing=0locks=0dying=0helpgc=0 spinning=0blocked=0lockedg=-1  M2: p=1curg=10mallocing=0throwing=0gcing=0locks=0dying=0helpgc=0 spinning=0blocked=0lockedg=-1  M1: p=-1curg=-1mallocing=0throwing=0gcing=0locks=1dying=0helpgc=0 spinning=0blocked=0lockedg=-1  M0: p=-1curg=-1mallocing=0throwing=0gcing=0locks=0dying=0helpgc=0 spinning=0blocked=0lockedg=-1 

在摘要信息中我们看到线程设置为4(threads=4),所以下面会有4行关于线程M的信息。而且日志细节显示了哪个线程隶属哪个处理器 M3: p=0

P0: status=1schedtick=10syscalltick=0m=3runqsize=3gfreecnt=0  M3: p=0curg=4mallocing=0throwing=0gcing=0locks=0dying=0helpgc=0 spinning=0blocked=0lockedg=-1 

我们看到线程M3隶属P0。

G代表goroutine。第4秒我们看到有14个goroutine, 但是自程序启动已经创建了17个线程。我们怎么知道的17个线程呢,这是从最后的goroutine的标志 G17 得到:

G17: status=4(timer goroutine (idle))m=-1lockedm=-1 

如果程序持续创建goroutine,这个数会线性的增大。如果使用标准库net/http处理http请求,因为每个连接都会创建一个goroutine,我们可以根据这个数据得到多少request被处理,当然得在程序不会创建其它的goroutine情况下这个数才能作为预估的数量。

让我们看看运行main函数的goroutine:

G1: status=4(semacquire)m=-1lockedm=-1 

可以看到这个goroutine的status是4, 阻塞在semacquire上(WaitGroup的Wait方法)。

为了更好的理解其它goroutine的状态,我们需要了解每个status值代表的含义。下面是一个列表:

 status: http://golang.org/src/runtime/runtime.h Gidle, // 0 Grunnable, // 1 runnable and on a run queue Grunning, // 2 running Gsyscall, // 3 performing a syscall Gwaiting, // 4 waiting for the runtime Gmoribund_unused, // 5 currently unused, but hardcoded in gdb scripts Gdead, // 6 goroutine is dead Genqueue, // 7 only the Gscanenqueue is used Gcopystack, // 8 in this state when newstack is moving the stack 

看看我们创建的10个goroutine,现在我们能更好的理解它们的状态:

// Goroutines running ina processor. (idleprocs=0) G4: status=2(sleep)m=3lockedm=-1– Thread M3 / Processor P0 G10: status=2(sleep)m=2lockedm=-1– Thread M2 / Processor P1  // Goroutines waiting to be run on a particular processor. (runqsize=3) G5: status=1(sleep)m=-1lockedm=-1 G7: status=1(sleep)m=-1lockedm=-1 G8: status=1(sleep)m=-1lockedm=-1  // Goroutines waiting to be run on a particular processor. (runqsize=3) G11: status=1(sleep)m=-1lockedm=-1 G12: status=1(sleep)m=-1lockedm=-1 G13: status=1(sleep)m=-1lockedm=-1  // Goroutines waiting on the global run queue. (runqueue=2) G6: status=1(stack growth)m=-1lockedm=-1 G9: status=1(stack growth)m=-1lockedm=-1 

了解了调度器的基本概念和我们的程序的行为,我们可以深入了解Go是如何进行调度的,每个P,M,G的状态。

结论

GODEBUG变量非常好,可以深入了解调度器的行为。它也可以告诉你你的程序的行为。如果你想了解更多,动手写一些简单的程序,跟踪调度器的运行,然后就可以跟踪更复杂的程序了。

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