Go语言如何实现stop the world?

Go语言如何实现stop the world?

本文基于 Go 1.13。

在某些垃圾回收器算法中,“停止世界”(Stop the World: STW,下同)是跟踪内存使用最重要的阶段,它会停止程序的执行,以扫描内存使用,并添加写障碍。让我们回顾一下它在内部如何工作,以及它可能面临的潜在问题。

停止世界(Stop the world)

停止程序意味着停止所有正在运行的 goroutine。下面是一个执行 STW 的简单程序:

<code>func main() {   runtime.GC()}/<code>

运行垃圾回收器,将触发 STW 两个阶段。

有关垃圾回收器周期的更多信息,建议阅读我的另外一篇文章 “Go:垃圾收集器如何标记内存? ① ”

第一步:抢占所有正在运行的 goroutine:

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goroutine 抢占

一旦 goroutine 被抢占,它们将在安全点停止。同时,P 处理器将(正在运行的代码或在空闲列表)被标记为已停止,以不运行任何代码:

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P 标记为已停止

然后,Go 调度程序将运行,将每个 M 与其 P 各自分离,并将其放入空闲列表中:

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M 已移至闲置清单

关于在每个上运行的 goroutine M,它们将在全局队列中等待:

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Goroutine 在全局队列中等待

然后,一旦世界停止了,只有唯一活动的 goroutine 才能安全地运行,并在工作完成后启动整个世界。下面跟踪图将有助于理解此阶段发生在何时:

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跟踪 “ STW”阶段

系统调用

“STW”阶段也可能会影响系统调用,因为它们可能会在 STW 时返回。让我们以一个密集执行系统调用的例子,并查看其如何处理:

<code>func main() {   var wg sync.WaitGroup   wg.Add(10)   for i := 0; i < 10; i++ {      go func() {         http.Get(`https://httpstat.us/200`)         wg.Done()      }()   }   wg.Wait()}/<code>

这是跟踪:

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STW 阶段,系统调用正在结束。但是,由于没有可用 P(如上一节所述,它们都被标记为已停止),goroutine 将被放入全局队列,并在世界恢复时稍后运行。

延迟时间

“STW” 第三步涉及将所有 M 与其 P 分离。但是,Go 将等待它们自行停止:在调度程序运行时,在 syscall 调用中等。等待 goroutine 被抢占应该很快,但是在某些情况下,可能会导致某些延迟。让我们以一个极端的情况为例:

<code>func main() {   var t int   for i := 0;i < 20 ;i++  {      go func() {         for i := 0;i < 1000000000 ;i++ {            t++         }      }()   }   runtime.GC()}/<code>

在这里,“ Stop the World”阶段需要 2.6 秒:

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没有函数调用的 goroutine 将不会被抢占,并且 P 在任务结束之前不会被释放。这将迫使“STW”等待。有几种解决方案可改善循环中的抢占,有关此方面的更多信息,建议阅读我另外一篇文章“ Go:Goroutine和抢占 ② ”。


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