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Go GC:在Go 1.5解决延迟问题

2015-7-19 11:30| 发布者: joejoe0332| 查看: 1291| 评论: 0|原作者: Summer_秌焰, asdfsx|来自: oschina

摘要: Richard L. Hudson (Rick) 是内存管理方面的专家,发明了 Train, Sapphire(http://people.cs.umass.edu/~moss/papers/jgrande-2001-sapphire.pdf), 和 Mississippi Delta 等算法,其中 GC stack maps 算法使静态 ...

  Richard L. Hudson (Rick) 是内存管理方面的专家,发明了 Train, Sapphire(http://people.cs.umass.edu/~moss/papers/jgrande-2001-sapphire.pdf), 和 Mississippi Delta 等算法,其中 GC stack maps 算法使静态类型语言(比如:Java,C#, Go)的垃圾收集成为可能。他发表了很多关于语言运行时内存管理、并发、并行、内存模型、事务内存的文章。Rick 是 Google Go 团队的一员,并负责 Go 的 GC 和运行时的问题。



  在经济上,有个词叫良性循环 —— 不同的事务之间互相促进。在过去的技术界,软硬件的开发也曾近有类似的良性循环。随着 CPU 硬件的升级,运行更快的软件被开发出来,这又促使 CPU 的速度和计算能力进一步的提升。在 2004 年左右,随着摩尔定理的终止,这个良性循环也结束了。



  现在,更多的晶体管不会带来更快的速度。更多的晶体管意味着更多的核,但是软件还不能完全发挥多核的性能。因为今天的软件不能让多核全部跑起来,那些搞硬件的就不会在 CPU 中集成更多的核。循环被破坏了。


  Go 的一个长期目标就是通过提供更多的并行、并发程序来重启这个循环。短期内,我们要做的是提高 Go 的使用率。目前 Go 运行时遇到的最大的问题是 GC 暂停时间太长。


  当他的团队开始接手这个问题,他像其它工程师一样开玩笑说,他们最开始的反应不是为了解决这个问题,而是这样解决问题:

  • 添加一个监控器,不停的跟踪计算机和 GC

  • 当 GC、网络延时、等怪情况发生时,发出一个网络等待标志


  但是 Russ Cox 否决了这些想法,所以他们决定挽起袖子好好的努力提升 Go 的 GC。他们开发的算法会牺牲程序的运行能力来减少 GC 延迟。也就是说为了实现更低的 GC 延迟,Go 程序会比以前跑的稍微慢一点。


  怎样使延迟具体化?


  • 纳秒: Grace Hopper 用距离类推时间。 一纳秒等于11.8英寸。

  • 微秒: 光在真空中走1英里所用的时间就是5.4微秒。

  • 毫秒

  • 1:从 SSD 中连续的读取1MB内存

  • 20:从副产品磁盘中读取1MB内存

  • 50:感性的因果关系 (眼睛/光标 响应的临界点).

  • 50+: 各种各样的网络延迟

  • 300: 眨眼


  所以我们能够在1毫秒的时间内做多少 GC?


Java GC vs. Go GC

image

 Go:

  • 成千上万的 goroutines

  • 录音声道的同步

  • 执行 go 的运行时间,使 go 和用户同步

  • 空间位置的控制 (可以嵌入结构,内部指针 (&foo.field))

Java:

  • 数以万计的Java线程

  • 对象/锁定器的同步

  • 执行C的运行时间

  • 对象连接指针


  最大的区别在于空间位置的问题。 在Java中, 一切都是指针,然而 Go 能够让你在线程中嵌入另一个线程。以下的多层指针严重地导致了垃圾回收器的很多问题。


GC 基本知识

  下面是一个关于垃圾回收器的快速入门,它们通常涉及2个阶段。


image


  1. 扫描阶段:在堆中确定哪些东西是可获得的。 这涉及到堆、缓存器、全局变量的指针的开始,到这些指针进入到栈。

  2. 标记阶段:绕指针一圈。在你读取的程序中尽可能标记出对象。从 GC 的角度来说, 当标记的段落并发的时候,指针还没有改变,要终止它是最简单的。GC 真正地并发是非常难的,因为指针是不断改变的。 程序使用被称为执行障碍的一些东西去关联 GC,但是它并不会回收对象。 在实践中, 写屏障会比暂停回收器昂贵。

Go GC

  Go GC 的算法是使用写屏障和短时间暂停的组合。下面是它的执行过程:

image


  以下是 GC 算法在 Go 1.4 运行的情况:


image


  以下是在 Go1.5 的情况:


image


  注意回收器的短时间暂停。 在GC的并发期间,GC占据了25%的CPU.


  以下是基准测试程序数值:


image


  在Go的早期版本中,GC暂停一般比较长久, 它们随着堆的增长而增长。 在Go 1.5中,GC 暂停比以往的短数量级多。


  放大时,在堆内存与 GC 暂停间是有一点正相关的。但是它们知道问题在哪里,并且将会在 Go1.6 中处理掉。


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  新的 GC 算法有轻微的吞吐量处罚,当堆内存增长时处罚收缩。


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未来

  告诉大家,自从  Go 有了低延迟GC,GC 已经不再是问题。未来,开发团队计划让 GC 变得延迟更低、吞吐量更高、更有预见性。他们会很好的平衡这些需求。Go 1.6 的开发工作,将由用例和反馈来驱动,所以大家有什么需求的话,请让他们知道。



  新的低延时 GC 将使 Go 在更多方面替代手动内存管理语言,比如C。


问答

问:有堆压缩的计划吗?
答:我们已经在计划中接纳了这项技术,它过去在 C 语言社区工作得很好。当在同一片内存里,存放同样大小对象时,这项技术可以避免产生大量碎片。


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