系统内核已经有一个thread scheduler，为什么golang还自己实现了一套runtime scheduler。主要有两个原因，一个是，线程的很多特性（比如context上下文切换的耗时，thread自己的信号掩码等）对go程序来说是累赘。另一个原因是go的垃圾回收需要所有的goroutine停止，使得内存存在一个一致的状态。垃圾回收的时间点是不明确的，如果依靠系统自身的scheduler来调度，那么会有大量的线程需要停止工作。
线程调度
背景知识
1.并行与并发：
并发： 指的是程序的逻辑结构。如果程序有多个独立并且可同时执行的逻辑控制流，那么这个程序就是并发的。这里的“同时“是指，把逻辑控制流画成时序流程图，它们在时间线上是可以重叠的。
并行： 并行是指程序的运行状态。如果一个程序在某一时刻被多个CPU流水线同时进行处理，那么我们就说这个程序是以并行的形式运行的。
举例说明
非并发的程序：入门程序——简单的hello world打印
并发的程序：多线程+入门程序——基于多线程的hello world打印，每个线程里打印一个hello world
注意 如果这个程序是在单核CPU上 ，那么这个是并发程序但还不是并行的；如果用多核多CPU且支持多任务的操作系统 来执行，那么这个并发程序就是并行的。
2.段寄存器和指针寄存器
关于段寄存器和指针寄存器如果已经有所了解，可以直接跳过。
段寄存器：
- CS 代码段，或代码选择器。同IP寄存器(稍后介绍)一同指向当前正在执行的那个地址。处理器执行时从这个寄存器指向的段（实模式）或内存（保护模式）中获取指令。除了跳转或其他分支指令之外，你无法修改这个寄存器的内容。
- DS 数据段，或数据选择器。这个寄存器的低16 bit连同ESI一同指向的指令将要处理的内存。同时，所有的内存操作指令 默认情况下都用它指定操作段(实模式)或内存(作为选择器，在保护模式。这个寄存器可以被装入任意数值，然而在这么做的时候需要小心一些。方法是，首先把数据送给AX，然后再把它从AX传送给DS(当然，也可以通过堆栈来做).
- ES 附加段，或附加选择器。这个寄存器的低16 bit连同EDI一同指向的指令将要处理的内存。同样的，这个寄存器可以被装入任意数值，方法和DS类似。
- FS F段或F选择器(推测F可能是Free?)。可以用这个寄存器作为默认段寄存器或选择器的一个替代品。它可以被装入任何数值，方法和DS类似。
- GS G段或G选择器(G的意义和F一样，没有在Intel的文档中解释)。它和FS几乎完全一样。
- SS 堆栈段或堆栈选择器。这个寄存器的低16 bit连同ESP一同指向下一次堆栈操作(push和pop)所要使用的堆栈地址。这个寄存器也可以被装入任意数值，你可以通过入栈和出栈操作来给他赋值，不过由于堆栈对于很多操作有很重要的意义，因此，不正确的修改有可能造成对堆栈的破坏。
指针寄存器：
EIP 这个寄存器非常的重要。这是一个32位宽的寄存器 ，同CS一同指向即将执行的那条指令的地址。不能够直接修改这个寄存器的值，修改它的唯一方法是跳转或分支指令。(CS是默认的段或选择器)
线程的调度
线程是并发实现的一种方式，此处主要介绍操作系统如何让多个线程并发的执行（在多CPU的时候，就是并行执行）。线程是操作系统对外提供的服务方式之一，应用程序可以通过系统调用让操作系统启动线程，并负责随后的线程调度和切换。
结合上文提及的段寄存和指针寄存器，我们知道CPU通过CS:EIP寄存器的值确定下一条指针的位置，必须通过JMP系列指令、CALL/RET指令、或INT中断指令来实现代码的跳转，在指令序列间切换的时候，除了更改EIP之外，必须保证代码可能会使用到的各个寄存器的值，尤其是栈指针SS:EIP，以及EFLAGS标志位等，都能够恢复到目标指令序列上次执行到这个位置时候的状态。
1.单个单核CPU
操作系统和应用程序共享同一个CPU，当EIP在应用程序代码段的时候，内核没有控制权，内核只是以实模式运行的，代码段权限位RING 0的内存程序 ，只有当产生中断或是应用程序调用系统调用的时候，控制权才转移到内核，在内核里，所有代码都在同一个地址空间，为了给不同的线程提供服务，内核会为每一个线程建立一个内核堆栈，这是线程切换的关键。通常，内核会在时钟中断里或系统调用返回前，对整个系统的线程进行调度，计算当前线程的剩余时间片，如果需要切换，就在“可运行”的线程队列里计算优先级，选出目标线程后，则保存当前线程的运行环境，并恢复目标线程的运行环境，其中最重要的上就是切换堆栈指针ESP，然后再把EIP指向目标线程上次被移出CPU时的指令 。
2.多个多核
目前常见的普通的PC和服务器通常包含多个CPU，每个CPU又有多个核，每个核又可以支持超线程，也就是逻辑处理器。每个逻辑处理器都有自己的一套完整的寄存器 ，其中包括CS:EIP和SS:ESP，从操作系统和应用的角度看，每个逻辑处理器都是一个单独的流水线。在多处理器的情况下，线程切换的原理和流程其实和单处理器是基本一致的，内核代码只有一份，当某个CPU上发生时钟中断或是系统调用时，该CPU的CS:EIP和控制权又回到了内核，内核根据调度策略结果进行线程切换。这个时候如果程序用线程实现了并发，那么操作系统可以使我们的程序在多个CPU上实现并行。
并发编程框架
理论上，我们可以不依赖操作系统和其提供的线程，在自己程序的代码段里定义多个片段，然后在我们自己程序里对其进行调度和切换（为了描述方便，接下来把“代码片段”称为“任务” ）。和内核的实现类似，只是我们不需要考虑中断和系统调用，那么，我们程序本质上就是一个循环，这个循环本身就是schedule()，我们需要维护一个任务的列表，根据定义的策略，先进先出或是优先级等等，每次从列表里挑选出一个任务，然后恢复各个寄存器的值，并且JMP到该任务上次被暂停的地方，所有这些需要保存的信息都可以作为任务的属性，存放在任务列表里。
思路很简单，但仍有几个问题需要解决：
1.运行在用户态， 是没有中断或系统调用这用的机制来中断代码执行的，一旦schedule()代码把控制权交给任务代码，下次调度在什么时候开始？
- 不会发生，只能靠任务主动调用schedule()，才有机会执行下一次调度，此处任务不能像线程一样依赖内核调度从而毫无顾忌的执行，任务里一定要显示的调用schedule()，这就是所谓的协作式（cooperative）调度。
2.堆栈
- 和内核调度线程的原理一样，我们也需要为每个任务单独分配堆栈，并且把堆栈信息保存在任务属性里，在任务切换时也保存或恢复当前的SS:ESP 。任务堆栈的空间可以是在当前线程的栈上分配，也可以是在堆上分配，但通常是在堆上分配比较好：几乎没有大小或任务总数的限制、堆栈大小可以动态扩展，便于切换把任务切换到其他线程。
在多线程处理多任务的时候，需要考虑一下几个问题：
1.如果某个任务发起一个系统调用，譬如长时间等待IO，那当前线程就被内核放入等待调度队列，岂不是让其他任务没有机会执行？
- 在单线程的情况下，只有一个解决办法，就是使用非阻塞的IO系统调用，并让出CPU，然后在schedule()里统一进行轮询，有数据时切换回该fd对应的任务；效率略低的做法是不进行统一轮询，让各个任务在轮到自己执行时再次用非阻塞方式进行IO，直到有数据可用。
2.任务同步。生产者消费者模式，让消费者在数据还没有被生产出来的时候进入等待，并且在数据可用时触发消费者继续执行
struct chan {
bool ready,
int data
};
int read (struct chan *c) {
while (1) {
if (c->ready) {
c->ready = false;
return c->data;
} else {
schedule();
}
}
}
void write (struct chan *c, int i) {
while (1) {
if (c->ready) {
schedule();
} else {
c->data = i;
c->ready = true;
schedule(); // optional
return;
}
}
}在其他语言里，我们所谓的“任务”更多时候被称为“协程”，也就是Coroutine。譬如C++里最常用的是Boost.Coroutine；Java因为有一层字节码解释，比较麻烦，但也有支持协程的JVM补丁，或是动态修改字节码以支持协程的项目；PHP和Python的generator和yield其实已经是协程的支持，在此之上可以封装出更通用的协程接口和调度；另外还有原生支持协程的Erlang等，笔者不懂，就不说了，具体可参见Wikipedia的页面：http://en.wikipedia.org/wiki/Coroutine
goroutine调度的理解
go的调度器内部有三个重要的结构：M， P，G
M : 代表真正的内核OS线程，和POSIX规定的thread差不多。
G : 代表一个goroutine, 它有自己的栈，指令指针和其他信息，用于调度。
P : 代表调度的上下文，可以把它看做一个局部的调度器，使go代码在一个线程上跑，它是实现从N:1到N:M映射的关键。
如上图所示，有2个物理线程M，每个M都拥有一个context（P），每个也都有一个正在运行的goroutine。图中灰色的那些goroutine并没有运行，而是处于ready的就绪态，等待被调度。P维护着这个队列（称为runqueue)。go语言里，启动一个goroutine很容易：go function就行，所以每有一个go语句被执行，runqueue队列就在其末位加入一个goroutine，在下一个调度点，就从runqueue取出一个goroutine执行。
注意： P的数量可以通过GOMAXPROCS()来设置，它其实代表真正的并发度，即有多少个goroutine可以同时运行。
为什么要维护多个上下P
- 因为当一个os线程被阻塞时，p可以转而投奔另一个os线程。如下图所示，当一个os线程M0陷入阻塞时，P转而在os线程M1上运行。调度器保证有足够的线程来运行所有的contenxt P（M1可能是创建或者从线程缓存总取出）。
当M0返回时，它必须尝试取得一个context P来运行goroutine，一般情况下，它会从其他的os线程那里偷一个context过来。如果没有偷到的话，它就把goroutine放在一个global runqueue里，然后放入线程缓存里。contexts们也会周期性的检查global runqueue，否则global runqueue上的goroutine永远无法执行。
另一种情况是P所分配的任务G很快就执行完了（分配不均），这就导致一个上下文P闲着没事干而系统却仍然忙碌。但是如果global runqueue没有任务G了，那么P就不得不从其他的上下文P那里拿一些G来执行。一般来说，如果上下文P从其他的上下文P那里要偷一个任务的话，一般就是’偷’run queue的一半，这就确保了每个os线程都能充分使用。