Golang排程器
先看看golang排程的由來。
一. 單程序時代不需要排程器
在早期作業系統是單程序的，一個程序擁有整個系統的所有資源，是以也不需要排程器。
但是單程序的作業系統也有明顯的缺點：
1. 采用單一的執行流程，計算機隻能一個任務一個任務處理。
2. 程序阻塞所造成CPU資源的浪費。
那麼如何充分利用資源，可以讓多個程序同時并發的去執行呢？ 是以後來作業系統就具有了最早的并發能力：多程序并發，當一個程序阻塞的時候，切換到另外等待執行的程序，這樣就能盡量把CPU利用起來，CPU就不浪費了。
二. 多程序/線程作業系統
在支援多程序和多線程的作業系統中，可以同時運作多個程序或者多個線程，CPU采用一定的政策，比如輪訓去執行多個程序或者線程，執行第一個程序然後在執行下一個程序，當一個程序阻塞CPU可以立刻切換到其他程序中去執行，而且排程CPU的政策可以保證在每個運作的程序/線程都可以被配置設定到CPU的運作時間片，這個時間片就是規定每個程序目前所運作的時間，當一個程序的時間片結束後，CPU就将目前程序上下文儲存再去執行下一個程序，該程序下一次運作隻能等到再次被配置設定到時間片在接着運作，因為每個時間片時間很短，這樣從宏觀的角度來看，似乎多個程序/線程是在同時被運作。
程序/線程切換的缺點
但是有新的問題，就是當某個執行程序擁有太多的資源，程序的建立、切換、銷毀，都會占用很長的時間，CPU雖然利用起來了，但如果程序過多，CPU有很大的一部分都被用來進行程序排程了，比如程序的上下文切換，就要儲存目前程序的資訊，這就需要系統調用，以及拷貝/複制等這些操作，是以程序/線程數量越多，切換的成本就越大（尤其是程序），CPU要處理切換這些事情，造成對CPU的使用率就越低，是以對性能就越有影響。
程序比較重，占用資源比較大，比較占用記憶體空間，CPU切換必然對性能有很大的影響。
相對于程序，線程雖然比程序輕量，也被稱為輕量級程序(Lightweight Process，LWP），但是實際上多線程開發設計會變得更加複雜，要考慮很多同步競争等問題，如鎖、競争沖突等，開發也變得非常複雜。
那麼怎麼才能提高CPU的使用率呢？
三. 使用協程來提高CPU使用率 協程（coroutine）被稱為是一種使用者态的輕量級線程，協程也是一種線程，而一個線程分為"核心态"的線程和"使用者态"的線程，一個“使用者态線程”必須要綁定一個“核心态線程”，但是CPU并不知道有“使用者态線程”的存在，CPU隻知道它運作的是一個“核心态線程”(Linux的PCB程序控制塊)，如下圖所示。
在Go語言中，協程（coroutine）是Go語言中的輕量級線程實作，那麼我們可以核心線程依然叫 “線程 (thread)”，而使用者線程叫 “協程 (co-routine)”，如下。
上圖裡一個協程 (co-routine) 可以綁定一個線程 (thread)，這種是一個協程對應一個線程，是以這種是1:1模型。協程的建立，删除，切換也都是需要CPU去完成的。
當然多個協程 (co-routine) 也可以綁定一個或者多個線程 (thread)，這樣就是N個協程對應一個線程 。
上圖三個協程在使用者态，對應核心空間的一個線程，使用者态重的協程在工作時候也是可以進行切換的，但是這種切換是在使用者态，協程之間的切換是由圖中協程排程器去完成的，這樣帶來的好處就是協程在使用者态線程即完成切換，不會陷入到核心态，這種切換非常的輕量快速。
但是N：1這種模型也是有缺點的
N：1模型的缺點：
- 某個程式用不了硬體的多核加速能力。
- 一旦某協程阻塞，造成線程阻塞，本程序的其他協程都無法執行了，根本就沒有并發的能力了。
進一步改良M：N模型，就是M個協程對應N個線程，如下圖所示。
上圖核心态有兩個線程，當有兩個CPU的時候，就可以利用多核，每個CPU可以綁定一個線程，不過這種處理模式就更加的複雜了，線程和協程之間都是通過協程排程器去協作和管理，是以排程器的性能就顯得非常重要。
四. Go語言中的協程goroutine
在Go語言中，協程被稱為goroutine，它非常輕量，一個goroutine隻占幾KB，這個比線程輕量一個數量級，因為占用記憶體小，是以排程更靈活 (runtime 排程)，切換也可以很頻繁。無論協程還是線程都需要排程器去完成排程，我們需要了解最關鍵的排程協程的排程器的實作原理。
來看看早期Go語言的goroutine排程器如何實作的。
在早期goroutine排程器中，每建立一個協程goroutine就會被添加到一個全局go協程隊列中，當線程M0想要擷取一個goroutine時候，就去從全局go協程隊列中擷取，全局go協程隊列會有一個鎖來保護，當線程擷取鎖之後就從全局隊列中拿到一個goroutine并去執行，執行後就去将鎖換回去，并将goroutine放回，這就是一個完整的過程。
這種排程器比較簡單，但是也是有缺點的
缺點：
1. 建立，銷毀，排程goroutine需要每個線程都先獲得鎖，這樣就容易形成鎖競争。
2. 線程轉移goroutine會造成延遲和額外的系統負載。比如線程（M1）當執行中的goroutine（G1）中包含建立新協程的時候，線程（M1）建立新的一個goroutine（G2），為了繼續執行這個新的goroutine（G2），需要把這個新的goroutine（G2）交給另一個線程（M2）執行，也造成了很差的局部性，因為 （G2）和（G1）是相關的，最好放在（M1）上執行，而不是其他（M2）。
3. 系統調用 (CPU 在 M 之間的切換) 導緻頻繁的線程阻塞和取消阻塞操作增加了系統開銷。
CSP模型介紹
CSP模型的全稱是Communicating Sequential Process，翻譯是通信順序程序，是一種并發程式設計模型，還有一種并發模型是Actor模式，著名的并發程式設計語言Erlang就是用的Actor模式。csp模型在上個世紀70年代就提出來了，是用于描述兩個獨立的并發實體通過共享的通訊channel（也就是管道）來進行通信的并發模型。相對于Actor模型來說，CSP中的channel是第一類對象，它不關注發送消息的實體，而關注與發送消息時候所使用的channel，CSP模型是一種很強大的并發通訊模型，也成為面向并發程式設計語言的理論源頭，也就誕生出後來的golang等語言。
對于golang來說，其實隻用到了CSP模型的很小一部分，即Process/Channel，對應golang語言就是goroutine/channel，這兩個并發關鍵字之間沒有從屬關系，Process可以是一個程序，線程，甚至可以是一個代碼塊，Process可以訂閱任意個Channel，Channel也可不關心是從那個Process在利用它通信，Process圍繞Channel進行讀寫。
goroutine 是通過 GMP 排程模型實作的。
G: 表示一個 goroutine，它有自己的棧。
M: 表示核心級線程，一個 M 就是一個線程，goroutine 跑在 M 之上的。
P: 全稱是 Processor，處理器。它主要用來執行 goroutine 的，同時它也維護了一個 goroutine 隊列。