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。

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。

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 

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。

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：

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. 

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. 

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。

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. 

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. 

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。