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Go语言内存、垃圾回收、协程简介(1.4 runtime 运行环境) by 雨痕

发布者 gopher   简介 Gopher
发布于 1445994054969  浏览 3816 关键词 Go, 架构 
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第1页

Go 1.4 runtime

Gopher China 2015



第2页

1. Memory Allocator 2. Garbage Collector 3. Goroutine Scheduler



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1. Memory Allocator 内存分配器



第4页

base on tcmalloc.

基于成熟方案,性能优秀。随着版本升级, 针对性改进,以期与垃圾回收器更好协作。

核心:自主管理,缓存复用,无锁分配。



第5页

page, span.



内存管理以页为基本单位,多个地址连续 页构成内存块。



span1

8K 8K 8K

VA



span2

8K 8K



第6页

small, large.

以 32KB 为界,将对象分成大小两类。



page large object



span

切分

obojbeojcbestjcmetcatll



管理 分配



第7页

size class.

按 8 倍数,将小对象分成多种大小规格。



[1] 8 [2] 16 ... ... class size



span



等⻓长切分

3 6



8 1



第8页

heap, central, cache.



三级管理机构。

lock heap



向 OS 申请内存。

 管理空闲 span。



lock central[1]



每个对应⼀一种 sizeclass。





...



central[n]



从 heap 获取 span,切分。





管理未全部回收的 span。



lock free



cache



从 central 获取 span。





...



cache



与线程绑定,⽆无锁分配。



第9页

init.

算法依赖连续地址,预留较大地址空间。



0xC000000000 128MB

spans



8GB

bitmap



AMD64: RESERVE RANGE 128GB

arena



块记录区域





垃圾回收标记区域



------------





按⻚页保存 span 指针。





反查 object 所属 span。





检查相邻 span 是否可合并。



⽤用户内存分配区域



VA



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malloc.

快速分配,按需扩张。



OS



64K, 1MB



heap



span

central



span

large object



span (objects)



grow



small object



malloc



cache



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sweep.



垃圾回收器引发回收操作。



large

GC

small



heap



ref = 0



ref != 0



span



相邻合并

X



OS



central

span/objects

cache



第12页

fixalloc.

为管理对象分配内存,不占用预留地址。



span



arena mem



cache



span



...



span: 管理内存块的元数据。 allspans: 垃圾回收遍历。



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2. Garbage Collector 垃圾回收器



第14页

gc.

阈值触发,并行标记,并发清理。 定期强制回收,释放物理内存。

版本升级,垃圾回收效率总是核心问题。



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gogc.

阈值检查,或强制回收。



malloc





next_gc



forcegc

2m





runtime.gc() 2



gogc



stop mark start sweep

stop mark sweep start



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mark.



暂停用户逻辑,并行标记。



mark mark mark



stoptheworld starttheworld?



Go 1.5: concurrent pauseless collector.



markroot scanblock heap.bitmap



data bss finalizer



span span cache cache



… …



stack stack GG



… …



第17页

sweep.



串行,或与用户逻辑并发执行。



goroutine



gc



eagersweep



concurrent



bgsweep



mem allocator



sweepone

all spans



starttheworld



第18页

sysmon.

如阈值过大,可能会导致长时间无法触发 垃圾回收。因此,每 2 分钟强制检查回收 是非常必要的。

每 5 分钟,释放堆中长时间闲置块的物理 内存。

在系统初始化时,使⽤用专门的线程在后台运⾏行监控循环。



第19页

madvise.

在类 UNIX 系统,通过建议操作系统内核 解除内存映射的方式释放物理内存,但不 回收虚拟内存。

再次使用时,因缺页异常,由内核重新分 配物理内存。

Microsoft Windows 系统不⽀支持 madvise。



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3. Goroutine Scheduler 并发调度器



第21页

goroutine.

轻量级实现,支持创建成千上万并发任务。

线程多路复用。 极小自定义初始栈。 任务在多个线程间切换。



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scheduler.



三种抽象模型协作。



scheduler



thread



M



processor



P



VM

thread

CPU core



goroutine



G



task



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max.



系统限制,允许调整。



scheduler



max = 10000



M



runtime/debug.SetMaxThreads

 超出限制,会导致进程崩溃。



max = 256



P



runtime.GOMAXPROCS

 调整 P 数量,会导致 G 任务队列重新分布。



G



第24页

newproc.

创建新并发任务。



go func()



newproc



G



fget malg stack



P

weakup



queue batch move



M



global queue



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newm.



创建系统线程执行任务。



g0 stack



newm



M



checkmcount



mget



sched.midle



newosproc(g0)

system thread



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execute.



并发任务调度执行。



weakup



M



mstart



P



schedule



goexit



local global netpoll steal

batch move



G



func gogo

execute



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copystack.



连续栈替代分段栈。



segmented stack



system



stack



top



system



stack



top



contiguous stack



guard



fixed/min stack



memmove



guard



copy stack



2X



morestack

 shrinkstack



第28页

4. channel, defer...

请参考拙作《学习笔记》

https://github.com/qyuhen/book



第29页

谢谢!

qyuhen.slack.com qyuhen@hotmail.com



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