详解 Go 程序的启动流程,你知道 g0,m0 是什么吗?

自古应用程序均从 Hello World 开始,你我所写的 Go 语言亦然:

import "fmt"

func main() {
	fmt.Println("hello world.")
}

这段程序的输出结果为 hello world.,就是这么的简单又直接。但这时候又不禁思考了起来,这个 hello world. 是怎么输出来,经历了什么过程。
真是非常的好奇,今天我们就一起来探一探 Go 程序的启动流程。
其中涉及到 Go Runtime 的调度器启动,g0,m0 又是什么?

Go 引导阶段

查找入口

首先编译上文提到的示例程序:

$ GOFLAGS="-ldflags=-compressdwarf=false" go build 

在命令中指定了 GOFLAGS 参数,这是因为在 Go1.11 起,为了减少二进制文件大小,调试信息会被压缩。导致在 MacOS 上使用 gdb 时无法理解压缩的 DWARF 的含义是什么(而我恰恰就是用的 MacOS)。
因此需要在本次调试中将其关闭,再使用 gdb 进行调试,以此达到观察的目的:

$ gdb awesomeProject 
(gdb) info files
Symbols from "/Users/eddycjy/go-application/awesomeProject/awesomeProject".
Local exec file:
	`/Users/eddycjy/go-application/awesomeProject/awesomeProject', file type mach-o-x86-64.
	Entry point: 0x1063c80
	0x0000000001001000 - 0x00000000010a6aca is .text
	...
(gdb) b *0x1063c80
Breakpoint 1 at 0x1063c80: file /usr/local/Cellar/go/1.15/libexec/src/runtime/rt0_darwin_amd64.s, line 8.

通过 Entry point 的调试,可看到真正的程序入口在 runtime 包中,不同的计算机架构指向不同。例如:

  • MacOS 在 src/runtime/rt0_darwin_amd64.s。
  • Linux 在 src/runtime/rt0_linux_amd64.s。

其最终指向了 rt0_darwin_amd64.s 文件,这个文件名称非常的直观:

Breakpoint 1 at 0x1063c80: file /usr/local/Cellar/go/1.15/libexec/src/runtime/rt0_darwin_amd64.s, line 8.

rt0 代表 runtime0 的缩写,指代运行时的创世,超级奶爸:

  • darwin 代表目标操作系统(GOOS)。
  • amd64 代表目标操作系统架构(GOHOSTARCH)。

同时 Go 语言还支持更多的目标系统架构,例如:AMD64、AMR、MIPS、WASM 等:
在这里插入图片描述
若有兴趣可到 src/runtime 目录下进一步查看,这里就不一一介绍了。

入口方法

在 rt0_linux_amd64.s 文件中,可发现 _rt0_amd64_darwin JMP 跳转到了 _rt0_amd64 方法:

TEXT _rt0_amd64_darwin(SB),NOSPLIT,$-8
	JMP	_rt0_amd64(SB)
...

紧接着又跳转到 runtime·rt0_go 方法:

TEXT _rt0_amd64(SB),NOSPLIT,$-8
	MOVQ	0(SP), DI	// argc
	LEAQ	8(SP), SI	// argv
	JMP	runtime·rt0_go(SB)

该方法将程序输入的 argc 和 argv 从内存移动到寄存器中。

栈指针(SP)的前两个值分别是 argc 和 argv,其对应参数的数量和具体各参数的值。

开启主线

程序参数准备就绪后,正式初始化的方法落在 runtime·rt0_go 方法中:

TEXT runtime·rt0_go(SB),NOSPLIT,$0
	...
	CALL	runtime·check(SB)
	MOVL	16(SP), AX		// copy argc
	MOVL	AX, 0(SP)
	MOVQ	24(SP), AX		// copy argv
	MOVQ	AX, 8(SP)
	CALL	runtime·args(SB)
	CALL	runtime·osinit(SB)
	CALL	runtime·schedinit(SB)

	// create a new goroutine to start program
	MOVQ	$runtime·mainPC(SB), AX		// entry
	PUSHQ	AX
	PUSHQ	$0			// arg size
	CALL	runtime·newproc(SB)
	POPQ	AX
	POPQ	AX

	// start this M
	CALL	runtime·mstart(SB)
	...

  • runtime.check:运行时类型检查,主要是校验编译器的翻译工作是否正确,是否有 “坑”。基本代码均为检查 int8 在 unsafe.Sizeof 方法下是否等于 1 这类动作。
  • runtime.args:系统参数传递,主要是将系统参数转换传递给程序使用。
  • runtime.osinit:系统基本参数设置,主要是获取 CPU 核心数和内存物理页大小。
  • runtime.schedinit:进行各种运行时组件的初始化,包含调度器、内存分配器、堆、栈、GC 等一大堆初始化工作。会进行 p 的初始化,并将 m0 和某一个 p 进行绑定。
  • runtime.main:主要工作是运行 main goroutine,虽然在runtime·rt0_go 中指向的是$runtime·mainPC,但实质指向的是 runtime.main。
  • runtime.newproc:创建一个新的 goroutine,且绑定 runtime.main 方法(也就是应用程序中的入口 main 方法)。并将其放入 m0 绑定的p的本地队列中去,以便后续调度。
  • runtime.mstart:启动 m,调度器开始进行循环调度。

在 runtime·rt0_go 方法中,其主要是完成各类运行时的检查,系统参数设置和获取,并进行大量的 Go 基础组件初始化。
初始化完毕后进行主协程(main goroutine)的运行,并放入等待队列(GMP 模型),最后调度器开始进行循环调度。

小结

根据上述源码剖析,可以得出如下 Go 应用程序引导的流程图:
在这里插入图片描述
在 Go 语言中,实际的运行入口并不是用户日常所写的 main func,更不是 runtime.main 方法,而是从 rt0_*_amd64.s 开始,最终再一路 JMP 到 runtime·rt0_go 里去,再在该方法里完成一系列 Go 自身所需要完成的绝大部分初始化动作。

其中整体包括:

  • 运行时类型检查、系统参数传递、CPU 核数获取及设置、运行时组件的初始化(调度器、内存分配器、堆、栈、GC 等)。
  • 运行 main goroutine。
  • 运行相应的 GMP 等大量缺省行为。
  • 涉及到调度器相关的大量知识。

后续将会继续剖析将进一步剖析 runtime·rt0_go 里的爱与恨,尤其像是 runtime.main、runtime.schedinit 等调度方法,都有非常大的学习价值,有兴趣的小伙伴可以持续关注。

Go 调度器初始化

知道了 Go 程序是怎么引导起来的之后,我们需要了解 Go Runtime 中调度器是怎么流转的。

runtime.mstart

这里主要关注 runtime.mstart 方法:

func mstart() {
	// 获取 g0
	_g_ := getg()

	// 确定栈边界
	osStack := _g_.stack.lo == 0
	if osStack {
		size := _g_.stack.hi
		if size == 0 {
			size = 8192 * sys.StackGuardMultiplier
		}
		_g_.stack.hi = uintptr(noescape(unsafe.Pointer(&size)))
		_g_.stack.lo = _g_.stack.hi - size + 1024
	}
	_g_.stackguard0 = _g_.stack.lo + _StackGuard
	_g_.stackguard1 = _g_.stackguard0
  
  // 启动 m,进行调度器循环调度
	mstart1()

	// 退出线程
	if mStackIsSystemAllocated() {
		osStack = true
	}
	mexit(osStack)
}

  • 调用 getg 方法获取 GMP 模型中的 g,此处获取的是 g0。
  • 通过检查 g 的执行栈 g.stack 的边界(堆栈的边界正好是 lo, hi)来确定是否为系统栈。若是,则根据系统栈初始化 g 执行栈的边界。
  • 调用 mstart1 方法启动系统线程 m,进行调度器循环调度。
  • 调用 mexit 方法退出系统线程 m。

runtime.mstart1

这么看来其实质逻辑在 mstart1 方法,我们继续往下剖析:

func mstart1() {
	// 获取 g,并判断是否为 g0
	_g_ := getg()
	if _g_ != _g_.m.g0 {
		throw("bad runtime·mstart")
	}

	// 初始化 m 并记录调用方 pc、sp
	save(getcallerpc(), getcallersp())
	asminit()
	minit()

	// 设置信号 handler
	if _g_.m == &m0 {
		mstartm0()
	}
	// 运行启动函数
	if fn := _g_.m.mstartfn; fn != nil {
		fn()
	}

	if _g_.m != &m0 {
		acquirep(_g_.m.nextp.ptr())
		_g_.m.nextp = 0
	}
	schedule()
}

  • 调用 getg 方法获取 g。并且通过前面绑定的 g.m.g0 判断所获取的 g 是否 g0。若不是,则直接抛出致命错误。因为调度器仅在 g0 上运行。
  • 调用 minit 方法初始化 m,并记录调用方的 PC、SP,便于后续 schedule 阶段时的复用。
  • 若确定当前的 g 所绑定的 m 是 m0,则调用 mstartm0 方法,设置信号 handler。该动作必须在 minit 方法之后,这样 minit 方法可以提前准备好线程,以便能够处理信号。
  • 若当前 g 所绑定的 m 有启动函数,则运行。否则跳过。
  • 若当前 g 所绑定的 m 不是 m0,则需要调用 acquirep 方法获取并绑定 p,也就是 m 与 p 绑定。
  • 调用 schedule 方法进行正式调度。

忙活了一大圈,终于进入到开题的主菜了,原来潜伏的很深的 schedule 方法才是真正做调度的方法,其他都是前置处理和准备数据。
由于篇幅问题,schedule 方法会放到下篇再继续剖析,我们先聚焦本篇的一些细节点。

问题深剖

不过到这里篇幅也已经比较长了,积累了不少问题。我们针对在 Runtime 中出镜率最高的两个元素进行剖析:

  1. m0 是什么,作用是?
  2. g0 是什么,作用是?

m0

m0 是 Go Runtime 所创建的第一个系统线程,一个 Go 进程只有一个 m0,也叫主线程。
从多个方面来看:

  • 数据结构:m0 和其他创建的 m 没有任何区别。
  • 创建过程:m0 是进程在启动时应该汇编直接复制给 m0 的,其他后续的 m 则都是 Go Runtime 内自行创建的。
  • 变量声明:m0 和常规 m 一样,m0 的定义就是 var m0 m,没什么特别之处。

g0

g 一般分为三种,分别是:

  • 执行用户任务的叫做 g。
  • 执行 runtime.main 的 main goroutine。
  • 执行调度任务的叫 g0。。

g0 比较特殊,每一个 m 都只有一个 g0(仅此只有一个 g0),且每个 m 都只会绑定一个 g0。在 g0 的赋值上也是通过汇编赋值的,其余后续所创建的都是常规的 g。
从多个方面来看:

  • 数据结构:g0 和其他创建的 g 在数据结构上是一样的,但是存在栈的差别。在 g0 上的栈分配的是系统栈,在 Linux 上栈大小默认固定 8MB,不能扩缩容。 而常规的 g 起始只有 2KB,可扩容。
  • 运行状态:g0 和常规的 g 不一样,没有那么多种运行状态,也不会被调度程序抢占,调度本身就是在 g0 上运行的。
  • 变量声明:g0 和常规 g,g0 的定义就是 var g0 g,没什么特别之处。

小结

在本章节中我们讲解了 Go 调度器初始化的一个过程,分别涉及:

  • runtime.mstart。
  • runtime.mstart1。

基于此也了解到了在调度器初始化过程中,需要准备什么,初始化什么。另外针对调度过程中最常提到的 m0、g0 的概念我们进行了梳理和说明。

总结

在今天这篇文章中,我们详细的介绍了 Go 语言的引导启动过程中的所有流程和初始化动作。
同时针对调度器的初始化进行了初步分析,详细介绍了 m0、g0 的用途和区别。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:/a/589948.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系我们进行投诉反馈qq邮箱809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

vue3 ——笔记 (表单输入,监听器)

表单输入 在Vue 3中,v-model指令的用法稍有不同于Vue 2。在Vue 3中,v-model指令实际上是一个语法糖,它会自动将value属性和input事件绑定到组件或元素上,以实现双向数据绑定。 在自定义组件中使用v-model时,需要在组…

SQL注入漏洞--报错/union/布尔盲注/时间盲注

之前介绍了数据库的基本操作,今天这篇文章就来实操SQL注入。 阅读本文前可以先看一下基本操作,有助于更好理解本文。。。 https://blog.csdn.net/weixin_60885144/article/details/138356410?spm1001.2014.3001.5502 what SQL---结构化查询语言---S…

Codeforces Round 943 (Div. 3) (A-G1) C++题解

目录 比赛链接 : A. Maximize? B. Prefiquence C. Assembly via Remainders D. Permutation Game E. Cells Arrangement F. Equal XOR Segments G1. Division LCP (easy version) G2. Division LCP (hard version) 比赛链接 : Dashboard - Codeforces Round 943 (…

用vim或gvim编辑程序

vim其实不难使用&#xff0c;学习一下就好了。简单功能很快学会。它有三种模式&#xff1a;命令模式&#xff0c;编辑模式&#xff0c;视模式。打开时在命令模式。在命令模式下按 i 进入编辑模式&#xff0c;在编辑模式下按<Esc>键退出编辑模式。在命令模式按 :wq 保存文…

Python-100-Days: Day08 Object-oriented programming(OOP) basics

OOP definition 把一组数据结构和处理它们的方法组成对象&#xff08;object&#xff09;&#xff0c;把相同行为的对象归纳为类&#xff08;class&#xff09;&#xff0c;通过类的封装&#xff08;encapsulation&#xff09;隐藏内部细节&#xff0c;通过继承&#xff08;in…

C/C++开发环境配置

配置C/C开发环境 1.下载和配置MinGW-w64 编译器套件 下载地址&#xff1a;https://sourceforge.net/projects/mingw-w64/files/mingw-w64/mingw-w64-release/ 下载后解压并放至你容易管理的路径下&#xff08;我是将其放在了D盘的一个software的文件中管理&#xff09; 2.…

古典密码学简介

目录 C. D. Shannon: 一、置换密码 二、单表代替密码 ① 加法密码 ② 乘法密码 ③密钥词组代替密码 三、多表代替密码 代数密码 四、古典密码的穷举分析 1、单表代替密码分析 五、古典密码的统计分析 1、密钥词组单表代替密码的统计分析 2、英语的统计规…

魔方阵(C语言)

一、魔方阵规律&#xff1b; 8 1 6 3 5 7 4 9 2 魔方阵中各数的排列规律如下&#xff1a; (1)将1放在第1行中间一列。 (2)从2开始直到nn止&#xff0c;各数依次按此规则存放&#xff1a;每一个数存放的行比前一个数的行数减1&#xff0c;列数加1(例如上…

QT5带UI的常用控件

目录 新建工程&#xff0c;Qmainwindow带UI UI设计器 常用控件区 Buttons 按钮 containers 容器 控件属性区域 对象监视区 布局工具区 信号与槽区 简单例子1 放置一个按钮控件&#xff0c;改文本为发送&#xff0c;该按键为Button1&#xff1b; 按钮关联信号和…

点云三角化---------PCL

贪婪三角化 pcl::PolygonMesh PclTool::projectionTriangulation(pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloud) {// 正态估计pcl::NormalEstimation<pcl::PointXYZ, pcl::Normal> n; // 法线估计对象pcl::PointCloud<pcl::N…

刷代码随想录有感(53):合并二叉树

题干&#xff1a; 代码&#xff08;递归实现&#xff09;&#xff1a; TreeNode* mergeTrees(TreeNode* root1, TreeNode* root2) {//前序好理解&#xff0c;直接将树覆盖到另一个上面if(root1 NULL)return root2;//当前遍历节点为空的话就让另一个的值覆盖过来if(root2 NUL…

k8s环境部署gpu以及CUDA兼容性分析

本文记录和学习在实用gpu搭建k8s支持上层应用时的功能实践和遇到的问题。 1. 基础概念 CUDA本质上就是NVIDIA专为通用高性能并行计算设计的一套计算平台和编程模型&#xff0c;换句话使用GPU并行编程的规范方法&#xff0c;所以CUDA在软件层面包含了众多库&#xff0c; 那这里…

【Vulhub靶场】Nginx 漏洞复现

Nginx 漏洞复现 一、Nginx 文件名逻辑漏洞&#xff08;CVE-2013-4547&#xff09;1、影响版本2、漏洞原理3、漏洞复现 二、Nginx 解析漏洞1、版本信息&#xff1a;2、漏洞详情3、漏洞复现 一、Nginx 文件名逻辑漏洞&#xff08;CVE-2013-4547&#xff09; 1、影响版本 Nginx …

python中的self是什么

你对Python编程中的self真的了解吗? 当我们在Python编程的时候,尤其是写一个方法的时候,会自动补齐括号中的self,那么我们对它真的了解吗? Self 是什么?有什么作用? self指的是调用该函数的对象&#xff08;是一个实例&#xff09;,首先明确的是self只有在类中的方法中才…

基于SpringBoot+Vue的旅游网站系统

初衷 在后台收到很多私信是咨询毕业设计怎么做的&#xff1f;有没有好的毕业设计参考?能感觉到现在的毕业生和当时的我有着同样的问题&#xff0c;但是当时的我没有被骗&#xff0c;因为现在很多人是被骗的&#xff0c;还没有出学校还是社会经验少&#xff0c;容易相信别人。…

使用Android Studio 搭建AOSP FrameWork 源码阅读开发环境

文章目录 概述安装Android Studio编译源码使用Android Studio打开源码制作ipr文件直接编译成功后自动打开Android Studio 修改SystemUI验证开发环境 概述 我们都知道Android的系统源码量非常之大&#xff0c;大致有frameworka层源码&#xff0c;硬件层(HAL)源码&#xff0c;内…

JSP语法——[JSP]5

希望你开心&#xff0c;希望你健康&#xff0c;希望你幸福&#xff0c;希望你点赞&#xff01; 最后的最后&#xff0c;关注喵&#xff0c;关注喵&#xff0c;关注喵&#xff0c;大大会看到更多有趣的博客哦&#xff01;&#xff01;&#xff01; 喵喵喵&#xff0c;你对我真的…

ue引擎游戏开发笔记(26)——处理角色死亡敌人仍攻击bug

1.需求分析 对游戏中存在的各种小问题做细节处理&#xff0c;例如玩家在死亡后&#xff0c;敌人仍对着目标开炮&#xff0c;并且仍然触发爆炸效果。 2.操作实现 1.首先分析问题起因&#xff0c;是由于虽然玩家控制的小车被摧毁了&#xff0c;但控制器仍然存在&#xff0c;没有…

[力扣]——125.验证回文串

class Solution {public static boolean isValidChar(char ch){if((ch > a && ch < z) ||(ch > 0 && ch < 9)){return true;}return false;}public boolean isPalindrome(String s) {// 将大小写统一起来s s.toLowerCase();int left 0, right s…

【介绍下Apache的安装与目录结构】

&#x1f3a5;博主&#xff1a;程序员不想YY啊 &#x1f4ab;CSDN优质创作者&#xff0c;CSDN实力新星&#xff0c;CSDN博客专家 &#x1f917;点赞&#x1f388;收藏⭐再看&#x1f4ab;养成习惯 ✨希望本文对您有所裨益&#xff0c;如有不足之处&#xff0c;欢迎在评论区提出…