爱站程序员基地1. 用户态和内核态
Linux整个体系分为用户态和内核态(或者叫用户空间和内核空间)， 那内核态究竟是什么呢?
本质上我们所说的内核态， 它是一种特殊的软件程序，特殊在哪？统筹计算机的硬件资源，例如协调CPU资源、分配内存资源、并且提供稳定的环境供应用程序运行。
2. 为什么线程切换会导致用户态和内核态的切换？
- 线程是cpu调度的基本单位，进程是资源占有的基本单位。
- 因为线程中的代码是在用户态运行，而线程的调度是在内核态，所以线程切换会触发用户态和内核态的切换。
- 线程上下文切换的代价是高昂的：上下文切换的延迟取决于不同的因素，大概是50到100 ns左右，考虑到硬件平均在每个核心上每ns执行12条指令，那么一次上下文切换可能会花费600到1200条指令的延迟时间。
3. 导致线程上下文切换的时机
| <1>. 自发性上下文切换 | 自发性上下文切换指线程由于自身因素导致的切出 |
|---|---|
| Thread.sleep() | 线程主动休眠 |
| object.wait() | 线程等待锁 |
| Thread.yield() | 当前线程主动让出CPU，如果有其他就绪线程就执行其他线程，如果没有则继续当前线程 |
| oThread.join() | 阻塞发起调用的线程，直到oThread执行完毕 |
| <2>. 非自发性上下文切换：线程由于线程调度器的原因被迫切出 |
|---|
| 线程的时间片用完 |
| 高优先级线程抢占 |
| 虚拟机的垃圾回收动作 |
4. 线程切换的开销
| <1>. 直接开销 |
|---|
| 保存/恢复上下文所需的开销 |
| 线程调度器调度线程的开销 |
| <2>. 间接开销 |
|---|
| 重新加载高速缓存 |
| 上下文切换可能导致 一级缓存被冲刷，写入下一级缓存或内存 |
5. go的协程轻量级体现在哪？
如上面所述，线程切换会导致 用户态和内核态的切换，其中内核态耗时较长，且不受用户代码控制。
go将goroutine的调度维持在用户态， 这是由GPM中的P Process来完成的，做用户态任务的调度器，功能类比于常规的操作系统线程调度器，所以又被称为逻辑处理器。
(1) 上下文切换代价小： P 是G、M之间的桥梁，调度器对于goroutine的调度，很明显也会有切换，这个切换是很轻量的： 只涉及PC SP DX三个寄存器的值的修改；而对比线程的上下文切换则需要陷入内核模式、以及16个寄存器的刷新。
(2) 内存占用小： 线程栈空间通常是2M， Goroutine栈空间最小是2k， golang可以轻松支持10w+的goroutine运行，而线程数量到达1k， 内存占用就到2G。
6. GO GMP 调度方式
- 由逻辑处理器P调度协程G进系统线程M (若本地队列没有G，从其他队列/全局队列偷取G)，
- 线程M执行G， 遇到[系统调用], G和M分离，拿新的M去接管原逻辑处理器P
请仔细阅读上图，出处不可考证，感谢原图作者。
这里特意指出网络IO操作不会走上图的模型，否则要分配的系统线程M依然很多，程序很快就爆满了。这时G会和逻辑处理器P分离，并移动到netpoller，一旦网络轮询器通知网络读/写就绪，对应G就会重新分配到逻辑器处理器上来完成操作， 在此期间原系统线程M可以去做别的G。
ref
- https://blog.csdn.net/No_Game_No_Life_/article/details/106100813
- https://zhuanlan.zhihu.com/p/261807834
- https://chende.ren/2020/12/27221039-008-gmp-model.html
- https://studygolang.com/articles/12328
- https://www.jianshu.com/p/cc3c0fefee43
