Go netpoll
一个典型的 Go TCP server:
代码语言：javascript复制package main
import (
"fmt"
"net"
)
func main() {
listen, err := net.Listen("tcp", ":8888")
if err != nil {
fmt.Println("listen error: ", err)
return
}
for {
conn, err := listen.Accept()
if err != nil {
fmt.Println("accept error: ", err)
break
}
// start a new goroutine to handle the new connection
go HandleConn(conn)
}
}
func HandleConn(conn net.Conn) {
defer conn.Close()
packet := make([]byte, 1024)
for {
// 如果没有可读数据，也就是读 buffer 为空，则阻塞
_, _ = conn.Read(packet)
// 同理，不可写则阻塞
_, _ = conn.Write(packet)
}
}上面是一个基于 Go 原生网络模型（基于 netpoll）编写的一个 TCP server，模式是 goroutine-per-connection，在这种模式下，开发者使用的是同步的模式去编写异步的逻辑而且对于开发者来说 I/O 是否阻塞是无感知的，也就是说开发者无需考虑 goroutines 甚至更底层的线程、进程的调度和上下文切换。而 Go netpoll 最底层的事件驱动技术肯定是基于 epoll/kqueue/iocp 这一类的 I/O 事件驱动技术，只不过是把这些调度和上下文切换的工作转移到了 runtime 的 Go scheduler，让它来负责调度 goroutines，从而极大地降低了程序员的心智负担！
Go netpoll 核心
Go netpoll 通过在底层对 epoll/kqueue/iocp 的封装，从而实现了使用同步编程模式达到异步执行的效果。总结来说，所有的网络操作都以网络描述符 netFD 为中心实现。netFD 与底层 PollDesc 结构绑定，当在一个 netFD 上读写遇到 EAGAIN 错误时，就将当前 goroutine 存储到这个 netFD 对应的 PollDesc 中，同时调用 gopark 把当前 goroutine 给 park 住，直到这个 netFD 上再次发生读写事件，才将此 goroutine 给 ready 激活重新运行。显然，在底层通知 goroutine 再次发生读写等事件的方式就是 epoll/kqueue/iocp 等事件驱动机制。
接下来我们通过分析最新的 Go 源码（v1.13.4），解读一下整个 netpoll 的运行流程。
上面的示例代码中相关的在源码里的几个数据结构和方法：
代码语言：javascript复制// TCPListener is a TCP network listener. Clients should typically
// use variables of type Listener instead of assuming TCP.
type TCPListener struct {
fd *netFD
lc ListenConfig
}
// Accept implements the Accept method in the Listener interface; it
// waits for the next call and returns a generic Conn.
func (l *TCPListener) Accept() (Conn, error) {
if !l.ok() {
return nil, syscall.EINVAL
}
c, err := l.accept()
if err != nil {
return nil, &OpError{Op: "accept", Net: l.fd.net, Source: nil, Addr: l.fd.laddr, Err: err}
}
return c, nil
}
func (ln *TCPListener) accept() (*TCPConn, error) {
fd, err := ln.fd.accept()
if err != nil {
return nil, err
}
tc := newTCPConn(fd)
if ln.lc.KeepAlive >= 0 {
setKeepAlive(fd, true)
ka := ln.lc.KeepAlive
if ln.lc.KeepAlive == 0 {
ka = defaultTCPKeepAlive
}
setKeepAlivePeriod(fd, ka)
}
return tc, nil
}
// TCPConn is an implementation of the Conn interface for TCP network
// connections.
type TCPConn struct {
conn
}
// Conn
type conn struct {
fd *netFD
}
type conn struct {
fd *netFD
}
func (c *conn) ok() bool { return c != nil && c.fd != nil }
// Implementation of the Conn interface.
// Read implements the Conn Read method.
func (c *conn) Read(b []byte) (int, error) {
if !c.ok() {
return 0, syscall.EINVAL
}
n, err := c.fd.Read(b)
if err != nil && err != io.EOF {
err = &OpError{Op: "read", Net: c.fd.net, Source: c.fd.laddr, Addr: c.fd.raddr, Err: err}
}
return n, err
}
// Write implements the Conn Write method.
func (c *conn) Write(b []byte) (int, error) {
if !c.ok() {
return 0, syscall.EINVAL
}
n, err := c.fd.Write(b)
if err != nil {
err = &OpError{Op: "write", Net: c.fd.net, Source: c.fd.laddr, Addr: c.fd.raddr, Err: err}
}
return n, err
}netFD
net.Listen("tcp", ":8888") 方法返回了一个 *TCPListener，它是一个实现了 net.Listener 接口的 struct，而通过 listen.Accept() 接收的新连接 *TCPConn 则是一个实现了 net.Conn 接口的 struct，它内嵌了 net.conn struct。仔细阅读上面的源码可以发现，不管是 Listener 的 Accept 还是 Conn 的 Read/Write 方法，都是基于一个 netFD 的数据结构的操作，netFD 是一个网络描述符，类似于 Linux 的文件描述符的概念，netFD 中包含一个 poll.FD 数据结构，而 poll.FD 中包含两个重要的数据结构 Sysfd 和 pollDesc，前者是真正的系统文件描述符，后者对是底层事件驱动的封装，所有的读写超时等操作都是通过调用后者的对应方法实现的。
netFD和poll.FD的源码：
// Network file descriptor.
type netFD struct {
pfd poll.FD
// immutable until Close
family int
sotype int
isConnected bool // handshake completed or use of association with peer
net string
laddr Addr
raddr Addr
}
// FD is a file descriptor. The net and os packages use this type as a
// field of a larger type representing a network connection or OS file.
type FD struct {
// Lock sysfd and serialize access to Read and Write methods.
fdmu fdMutex
// System file descriptor. Immutable until Close.
Sysfd int
// I/O poller.
pd pollDesc
// Writev cache.
iovecs *[]syscall.Iovec
// Semaphore signaled when file is closed.
csema uint32
// Non-zero if this file has been set to blocking mode.
isBlocking uint32
// Whether this is a streaming descriptor, as opposed to a
// packet-based descriptor like a UDP socket. Immutable.
IsStream bool
// Whether a zero byte read indicates EOF. This is false for a
// message based socket connection.
ZeroReadIsEOF bool
// Whether this is a file rather than a network socket.
isFile bool
}pollDesc
前面提到了 pollDesc 是底层事件驱动的封装，netFD 通过它来完成各种 I/O 相关的操作，它的定义如下：
代码语言：javascript复制type pollDesc struct {
runtimeCtx uintptr
}这里的 struct 只包含了一个指针，而通过 pollDesc 的 init 方法，我们可以找到它具体的定义是在runtime.pollDesc这里：
func (pd *pollDesc) init(fd *FD) error {
serverInit.Do(runtime_pollServerInit)
ctx, errno := runtime_pollOpen(uintptr(fd.Sysfd))
if errno != 0 {
if ctx != 0 {
runtime_pollUnblock(ctx)
runtime_pollClose(ctx)
}
return syscall.Errno(errno)
}
pd.runtimeCtx = ctx
return nil
}
// Network poller descriptor.
//
// No heap pointers.
//
//go:notinheap
type pollDesc struct {
link *pollDesc // in pollcache, protected by pollcache.lock
// The lock protects pollOpen, pollSetDeadline, pollUnblock and deadlineimpl operations.
// This fully covers seq, rt and wt variables. fd is constant throughout the PollDesc lifetime.
// pollReset, pollWait, pollWaitCanceled and runtime·netpollready (IO readiness notification)
// proceed w/o taking the lock. So closing, everr, rg, rd, wg and wd are manipulated
// in a lock-free way by all operations.
// NOTE(dvyukov): the following code uses uintptr to store *g (rg/wg),
// that will blow up when GC starts moving objects.
lock mutex // protects the following fields
fd uintptr
closing bool
everr bool // marks event scanning error happened
user uint32 // user settable cookie
rseq uintptr // protects from stale read timers
rg uintptr // pdReady, pdWait, G waiting for read or nil
rt timer // read deadline timer (set if rt.f != nil)
rd int64 // read deadline
wseq uintptr // protects from stale write timers
wg uintptr // pdReady, pdWait, G waiting for write or nil
wt timer // write deadline timer
wd int64 // write deadline
}runtime.pollDesc包含自身类型的一个指针，用来保存下一个runtime.pollDesc的地址，以此来实现链表，可以减少数据结构的大小，所有的runtime.pollDesc保存在runtime.pollCache结构中，定义如下：
type pollCache struct {
lock mutex
first *pollDesc
// PollDesc objects must be type-stable,
// because we can get ready notification from epoll/kqueue
// after the descriptor is closed/reused.
// Stale notifications are detected using seq variable,
// seq is incremented when deadlines are changed or descriptor is reused.
}net.Listen
调用 net.Listen之后，底层会通过 Linux 的系统调用socket 方法创建一个 fd 分配给 listener，并用以来初始化 listener 的 netFD，接着调用 netFD 的listenStream方法完成对 socket 的 bind&listen 操作以及对 netFD 的初始化（主要是对 netFD 里的 pollDesc 的初始化），相关源码如下：
// 调用 linux 系统调用 socket 创建 listener fd 并设置为为阻塞 I/O
s, err := socketFunc(family, sotype|syscall.SOCK_NONBLOCK|syscall.SOCK_CLOEXEC, proto)
// On Linux the SOCK_NONBLOCK and SOCK_CLOEXEC flags were
// introduced in 2.6.27 kernel and on FreeBSD both flags were
// introduced in 10 kernel. If we get an EINVAL error on Linux
// or EPROTONOSUPPORT error on FreeBSD, fall back to using
// socket without them.
socketFunc func(int, int, int) (int, error) = syscall.Socket
// 用上面创建的 listener fd 初始化 listener netFD
if fd, err = newFD(s, family, sotype, net); err != nil {
poll.CloseFunc(s)
return nil, err
}
// 对 listener fd 进行 bind&listen 操作，并且调用 init 方法完成初始化
func (fd *netFD) listenStream(laddr sockaddr, backlog int, ctrlFn func(string, string, syscall.RawConn) error) error {
// ...
// 完成绑定操作
if err = syscall.Bind(fd.pfd.Sysfd, lsa); err != nil {
return os.NewSyscallError("bind", err)
}
// 完成监听操作
if err = listenFunc(fd.pfd.Sysfd, backlog); err != nil {
return os.NewSyscallError("listen", err)
}
// 调用 init，内部会调用 poll.FD.Init，最后调用 pollDesc.init
if err = fd.init(); err != nil {
return err
}
lsa, _ = syscall.Getsockname(fd.pfd.Sysfd)
fd.setAddr(fd.addrFunc()(lsa), nil)
return nil
}
// 使用 sync.Once 来确保一个 listener 只持有一个 epoll 实例
var serverInit sync.Once
// netFD.init 会调用 poll.FD.Init 并最终调用到 pollDesc.init，
// 它会创建 epoll 实例并把 listener fd 加入监听队列
func (pd *pollDesc) init(fd *FD) error {
// runtime_pollServerInit 内部调用了 netpollinit 来创建 epoll 实例
serverInit.Do(runtime_pollServerInit)
// runtime_pollOpen 内部调用了 netpollopen 来将 listener fd 注册到
// epoll 实例中，另外，它会初始化一个 pollDesc 并返回
ctx, errno := runtime_pollOpen(uintptr(fd.Sysfd))
if errno != 0 {
if ctx != 0 {
runtime_pollUnblock(ctx)
runtime_pollClose(ctx)
}
return syscall.Errno(errno)
}
// 把真正初始化完成的 pollDesc 实例赋值给当前的 pollDesc 代表自身的指针，
// 后续使用直接通过该指针操作
pd.runtimeCtx = ctx
return nil
}
// netpollopen 会被 runtime_pollOpen，注册 fd 到 epoll 实例，
// 同时会利用万能指针把 pollDesc 保存到 epollevent 的一个 8 位的字节数组 data 里
func netpollopen(fd uintptr, pd *pollDesc) int32 {
var ev epollevent
ev.events = _EPOLLIN | _EPOLLOUT | _EPOLLRDHUP | _EPOLLET
*(**pollDesc)(unsafe.Pointer(&ev.data)) = pd
return -epollctl(epfd, _EPOLL_CTL_ADD, int32(fd), &ev)
}我们前面提到的 epoll 的三个基本调用，Go 在源码里实现了对那三个调用的封装：
代码语言：javascript复制#include <sys/epoll.h> int epoll_create(int size);
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
// Go 对上面三个调用的封装
func netpollinit()
func netpollopen(fd uintptr, pd *pollDesc) int32
func netpoll(block bool) gListnetFD 就是通过这三个封装来对 epoll 进行创建实例、注册 fd 和等待事件操作的。
Listener.Accept()
netpoll accept socket 的工作流程如下：
- 服务端的 netFD 在
listen时会创建 epoll 的实例，并将 listenerFD 加入 epoll 的事件队列 - netFD 在
accept时将返回的 connFD 也加入 epoll 的事件队列 - netFD 在读写时出现
syscall.EAGAIN错误，通过 pollDesc 的waitRead方法将当前的 goroutine park 住，直到 ready，从 pollDesc 的waitRead中返回
Listener.Accept()接收来自客户端的新连接，具体还是调用netFD.accept方法来完成这个功能：
// Accept implements the Accept method in the Listener interface; it
// waits for the next call and returns a generic Conn.
func (l *TCPListener) Accept() (Conn, error) {
if !l.ok() {
return nil, syscall.EINVAL
}
c, err := l.accept()
if err != nil {
return nil, &OpError{Op: "accept", Net: l.fd.net, Source: nil, Addr: l.fd.laddr, Err: err}
}
return c, nil
}
func (ln *TCPListener) accept() (*TCPConn, error) {
fd, err := ln.fd.accept()
if err != nil {
return nil, err
}
tc := newTCPConn(fd)
if ln.lc.KeepAlive >= 0 {
setKeepAlive(fd, true)
ka := ln.lc.KeepAlive
if ln.lc.KeepAlive == 0 {
ka = defaultTCPKeepAlive
}
setKeepAlivePeriod(fd, ka)
}
return tc, nil
}而netFD.accept方法里再调用poll.FD.Accept，最后会使用 Linux 的系统调用accept来完成新连接的接收，并且会把 accept 的 socket 设置成非阻塞 I/O 模式：
// Accept wraps the accept network call.
func (fd *FD) Accept() (int, syscall.Sockaddr, string, error) {
if err := fd.readLock(); err != nil {
return -1, nil, "", err
}
defer fd.readUnlock()
if err := fd.pd.prepareRead(fd.isFile); err != nil {
return -1, nil, "", err
}
for {
// 使用 linux 系统调用 accept 接收新连接，创建对应的 socket
s, rsa, errcall, err := accept(fd.Sysfd)
// 因为 listener fd 在创建的时候已经设置成非阻塞的了，
// 所以 accept 方法会直接返回，不管有没有新连接到来；如果 err == nil 则表示正常建立新连接，直接返回
if err == nil {
return s, rsa, "", err
}
// 如果 err != nil，则判断 err == syscall.EAGAIN，符合条件则进入 pollDesc.waitRead 方法
switch err {
case syscall.EAGAIN:
if fd.pd.pollable() {
// 如果当前没有发生期待的 I/O 事件，那么 waitRead 会通过 park goroutine 让逻辑 block 在这里
if err = fd.pd.waitRead(fd.isFile); err == nil {
continue
}
}
case syscall.ECONNABORTED:
// This means that a socket on the listen
// queue was closed before we Accept()ed it;
// it's a silly error, so try again.
continue
}
return -1, nil, errcall, err
}
}
// 使用 linux 的 accept 系统调用接收新连接并把这个 socket fd 设置成非阻塞 I/O
ns, sa, err := Accept4Func(s, syscall.SOCK_NONBLOCK|syscall.SOCK_CLOEXEC)
// On Linux the accept4 system call was introduced in 2.6.28
// kernel and on FreeBSD it was introduced in 10 kernel. If we
// get an ENOSYS error on both Linux and FreeBSD, or EINVAL
// error on Linux, fall back to using accept.
// Accept4Func is used to hook the accept4 call.
var Accept4Func func(int, int) (int, syscall.Sockaddr, error) = syscall.Accept4pollDesc.waitRead方法主要负责检测当前这个 pollDesc 的上层 netFD 对应的 fd 是否有『期待的』I/O 事件发生，如果有就直接返回，否则就 park 住当前的 goroutine 并持续等待直至对应的 fd 上发生可读/可写或者其他『期待的』I/O 事件为止，然后它就会返回到外层的 for 循环，让 goroutine 继续执行逻辑。
Conn.Read/Conn.Write
我们先来看看Conn.Read方法是如何实现的，原理其实和 Listener.Accept 是一样的，具体调用链还是首先调用 conn 的netFD.Read ，然后内部再调用 poll.FD.Read，最后使用 Linux 的系统调用 read: syscall.Read完成数据读取：
// Implementation of the Conn interface.
// Read implements the Conn Read method.
func (c *conn) Read(b []byte) (int, error) {
if !c.ok() {
return 0, syscall.EINVAL
}
n, err := c.fd.Read(b)
if err != nil && err != io.EOF {
err = &OpError{Op: "read", Net: c.fd.net, Source: c.fd.laddr, Addr: c.fd.raddr, Err: err}
}
return n, err
}
func (fd *netFD) Read(p []byte) (n int, err error) {
n, err = fd.pfd.Read(p)
runtime.KeepAlive(fd)
return n, wrapSyscallError("read", err)
}
// Read implements io.Reader.
func (fd *FD) Read(p []byte) (int, error) {
if err := fd.readLock(); err != nil {
return 0, err
}
defer fd.readUnlock()
if len(p) == 0 {
// If the caller wanted a zero byte read, return immediately
// without trying (but after acquiring the readLock).
// Otherwise syscall.Read returns 0, nil which looks like
// io.EOF.
// TODO(bradfitz): make it wait for readability? (Issue 15735)
return 0, nil
}
if err := fd.pd.prepareRead(fd.isFile); err != nil {
return 0, err
}
if fd.IsStream && len(p) > maxRW {
p = p[:maxRW]
}
for {
// 尝试从该 socket 读取数据，因为 socket 在被 listener accept 的时候设置成
// 了非阻塞 I/O，所以这里同样也是直接返回，不管有没有可读的数据
n, err := syscall.Read(fd.Sysfd, p)
if err != nil {
n = 0
// err == syscall.EAGAIN 表示当前没有期待的 I/O 事件发生，也就是 socket 不可读
if err == syscall.EAGAIN && fd.pd.pollable() {
// 如果当前没有发生期待的 I/O 事件，那么 waitRead
// 会通过 park goroutine 让逻辑 block 在这里
if err = fd.pd.waitRead(fd.isFile); err == nil {
continue
}
}
// On MacOS we can see EINTR here if the user
// pressed ^Z. See issue #22838.
if runtime.GOOS == "darwin" && err == syscall.EINTR {
continue
}
}
err = fd.eofError(n, err)
return n, err
}
}conn.Write和conn.Read的原理是一致的，它也是通过类似 pollDesc.waitRead的pollDesc.waitWrite来 park 住 goroutine 直至期待的 I/O 事件发生才返回，而 pollDesc.waitWrite的内部实现原理和pollDesc.waitRead是一样的，都是基于runtime_pollWait，这里就不再赘述。
pollDesc.waitRead
pollDesc.waitRead内部调用了 runtime_pollWait来达成无 I/O 事件时 park 住 goroutine 的目的：
//go:linkname poll_runtime_pollWait internal/poll.runtime_pollWait
func poll_runtime_pollWait(pd *pollDesc, mode int) int {
err := netpollcheckerr(pd, int32(mode))
if err != 0 {
return err
}
// As for now only Solaris, illumos, and AIX use level-triggered IO.
if GOOS == "solaris" || GOOS == "illumos" || GOOS == "aix" {
netpollarm(pd, mode)
}
// 进入 netpollblock 并且判断是否有期待的 I/O 事件发生，
// 这里的 for 循环是为了一直等到 io ready
for !netpollblock(pd, int32(mode), false) {
err = netpollcheckerr(pd, int32(mode))
if err != 0 {
return err
}
// Can happen if timeout has fired and unblocked us,
// but before we had a chance to run, timeout has been reset.
// Pretend it has not happened and retry.
}
return 0
}
// returns true if IO is ready, or false if timedout or closed
// waitio - wait only for completed IO, ignore errors
func netpollblock(pd *pollDesc, mode int32, waitio bool) bool {
// gpp 保存的是 goroutine 的数据结构 g，这里会根据 mode 的值决定是 rg 还是 wg
// 后面调用 gopark 之后，会把当前的 goroutine 的抽象数据结构 g 存入 gpp 这个指针
gpp := &pd.rg
if mode == 'w' {
gpp = &pd.wg
}
// set the gpp semaphore to WAIT
// 这个 for 循环是为了等待 io ready 或者 io wait
for {
old := *gpp
// gpp == pdReady 表示此时已有期待的 I/O 事件发生，
// 可以直接返回 unblock 当前 goroutine 并执行响应的 I/O 操作
if old == pdReady {
*gpp = 0
return true
}
if old != 0 {
throw("runtime: double wait")
}
// 如果没有期待的 I/O 事件发生，则通过原子操作把 gpp 的值置为 pdWait 并退出 for 循环
if atomic.Casuintptr(gpp, 0, pdWait) {
break
}
}
// need to recheck error states after setting gpp to WAIT
// this is necessary because runtime_pollUnblock/runtime_pollSetDeadline/deadlineimpl
// do the opposite: store to closing/rd/wd, membarrier, load of rg/wg
// waitio 此时是 false，netpollcheckerr 方法会检查当前 pollDesc 对应的 fd 是否是正常的，
// 通常来说 netpollcheckerr(pd, mode) == 0 是成立的，所以这里会执行 gopark
// 把当前 goroutine 给 park 住，直至对应的 fd 上发生可读/可写或者其他『期待的』I/O 事件为止，
// 然后 unpark 返回，在 gopark 内部会把当前 goroutine 的抽象数据结构 g 存入
// gpp(pollDesc.rg/pollDesc.wg) 指针里，以便在后面的 netpoll 函数取出 pollDesc 之后，
// 把 g 添加到链表里返回，接着重新调度 goroutine
if waitio || netpollcheckerr(pd, mode) == 0 {
// 注册 netpollblockcommit 回调给 gopark，在 gopark 内部会执行它，保存当前 goroutine 到 gpp
gopark(netpollblockcommit, unsafe.Pointer(gpp), waitReasonIOWait, traceEvGoBlockNet, 5)
}
// be careful to not lose concurrent READY notification
old := atomic.Xchguintptr(gpp, 0)
if old > pdWait {
throw("runtime: corrupted polldesc")
}
return old == pdReady
}
// gopark 会停住当前的 goroutine 并且调用传递进来的回调函数 unlockf，从上面的源码我们可以知道这个函数是
// netpollblockcommit
func gopark(unlockf func(*g, unsafe.Pointer) bool, lock unsafe.Pointer, reason waitReason, traceEv byte, traceskip int) {
if reason != waitReasonSleep {
checkTimeouts() // timeouts may expire while two goroutines keep the scheduler busy
}
mp := acquirem()
gp := mp.curg
status := readgstatus(gp)
if status != _Grunning && status != _Gscanrunning {
throw("gopark: bad g status")
}
mp.waitlock = lock
mp.waitunlockf = unlockf
gp.waitreason = reason
mp.waittraceev = traceEv
mp.waittraceskip = traceskip
releasem(mp)
// can't do anything that might move the G between Ms here.
// gopark 最终会调用 park_m，在这个函数内部会调用 unlockf，也就是 netpollblockcommit，
// 然后会把当前的 goroutine，也就是 g 数据结构保存到 pollDesc 的 rg 或者 wg 指针里
mcall(park_m)
}
// park continuation on g0.
func park_m(gp *g) {
_g_ := getg()
if trace.enabled {
traceGoPark(_g_.m.waittraceev, _g_.m.waittraceskip)
}
casgstatus(gp, _Grunning, _Gwaiting)
dropg()
if fn := _g_.m.waitunlockf; fn != nil {
// 调用 netpollblockcommit，把当前的 goroutine，
// 也就是 g 数据结构保存到 pollDesc 的 rg 或者 wg 指针里
ok := fn(gp, _g_.m.waitlock)
_g_.m.waitunlockf = nil
_g_.m.waitlock = nil
if !ok {
if trace.enabled {
traceGoUnpark(gp, 2)
}
casgstatus(gp, _Gwaiting, _Grunnable)
execute(gp, true) // Schedule it back, never returns.
}
}
schedule()
}
// netpollblockcommit 在 gopark 函数里被调用
func netpollblockcommit(gp *g, gpp unsafe.Pointer) bool {
// 通过原子操作把当前 goroutine 抽象的数据结构 g，也就是这里的参数 gp 存入 gpp 指针，
// 此时 gpp 的值是 pollDesc 的 rg 或者 wg 指针
r := atomic.Casuintptr((*uintptr)(gpp), pdWait, uintptr(unsafe.Pointer(gp)))
if r {
// Bump the count of goroutines waiting for the poller.
// The scheduler uses this to decide whether to block
// waiting for the poller if there is nothing else to do.
atomic.Xadd(&netpollWaiters, 1)
}
return r
}netpoll
前面已经从源码的角度分析完了 netpoll 是如何通过 park goroutine 从而达到阻塞 Accept/Read/Write 的效果，而通过调用 gopark，goroutine 会被放置在某个等待队列中(如 channel 的 waitq ，此时 G 的状态由_Grunning为_Gwaitting)，因此 G 必须被手动唤醒(通过 goready )，否则会丢失任务，应用层阻塞通常使用这种方式。
所以，最后还有一个非常关键的问题是：当 I/O 事件发生之后，netpoll 是通过什么方式唤醒那些在 I/O wait 的 goroutine 的？答案是通过 epoll_wait，在 Go 源码中的 src/runtime/netpoll_epoll.go文件中有一个 func netpoll(block bool) gList 方法，它会内部调用epoll_wait获取就绪的 fd 列表，并将每个 fd 对应的 goroutine 添加到链表返回：
// polls for ready network connections
// returns list of goroutines that become runnable
func netpoll(block bool) gList {
if epfd == -1 {
return gList{}
}
waitms := int32(-1)
// 是否以阻塞模式调用 epoll_wait
if !block {
waitms = 0
}
var events [128]epollevent
retry:
// 获取就绪的 fd 列表
n := epollwait(epfd, &events[0], int32(len(events)), waitms)
if n < 0 {
if n != -_EINTR {
println("runtime: epollwait on fd", epfd, "failed with", -n)
throw("runtime: netpoll failed")
}
goto retry
}
// toRun 是一个 g 的链表，存储要恢复的 goroutines，最后返回给调用方
var toRun gList
for i := int32(0); i < n; i {
ev := &events[i]
if ev.events == 0 {
continue
}
var mode int32
// 判断发生的事件类型，读类型或者写类型
if ev.events&(_EPOLLIN|_EPOLLRDHUP|_EPOLLHUP|_EPOLLERR) != 0 {
mode = 'r'
}
if ev.events&(_EPOLLOUT|_EPOLLHUP|_EPOLLERR) != 0 {
mode = 'w'
}
if mode != 0 {
// 取出保存在 epollevent 里的 pollDesc
pd := *(**pollDesc)(unsafe.Pointer(&ev.data))
pd.everr = false
if ev.events == _EPOLLERR {
pd.everr = true
}
// 调用 netpollready，传入就绪 fd 的 pollDesc，把 fd 对应的 goroutine 添加到链表 toRun 中
netpollready(&toRun, pd, mode)
}
}
if block && toRun.empty() {
goto retry
}
return toRun
}
// netpollready 调用 netpollunblock 返回就绪 fd 对应的 goroutine 的抽象数据结构 g
func netpollready(toRun *gList, pd *pollDesc, mode int32) {
var rg, wg *g
if mode == 'r' || mode == 'r' 'w' {
rg = netpollunblock(pd, 'r', true)
}
if mode == 'w' || mode == 'r' 'w' {
wg = netpollunblock(pd, 'w', true)
}
if rg != nil {
toRun.push(rg)
}
if wg != nil {
toRun.push(wg)
}
}
// netpollunblock 会依据传入的 mode 决定从 pollDesc 的 rg 或者 wg 取出当时 gopark 之时存入的
// goroutine 抽象数据结构 g 并返回
func netpollunblock(pd *pollDesc, mode int32, ioready bool) *g {
// mode == 'r' 代表当时 gopark 是为了等待读事件，而 mode == 'w' 则代表是等待写事件
gpp := &pd.rg
if mode == 'w' {
gpp = &pd.wg
}
for {
// 取出 gpp 存储的 g
old := *gpp
if old == pdReady {
return nil
}
if old == 0 && !ioready {
// Only set READY for ioready. runtime_pollWait
// will check for timeout/cancel before waiting.
return nil
}
var new uintptr
if ioready {
new = pdReady
}
// 重置 pollDesc 的 rg 或者 wg
if atomic.Casuintptr(gpp, old, new) {
if old == pdReady || old == pdWait {
old = 0
}
// 通过万能指针还原成 g 并返回
return (*g)(unsafe.Pointer(old))
}
}
}而 Go 在多种场景下都可能会调用netpoll检查文件描述符状态。寻找到 I/O 就绪的 socket fd，并找到这些 socket fd 对应的轮询器中附带的信息，根据这些信息将之前等待这些 socket fd 就绪的 goroutine 状态修改为 _Grunnable。执行完netpoll之后，会返回一个就绪 fd 列表对应的 goroutine 列表，接下来将就绪的 goroutine 加入到调度队列中，等待调度运行。
首先，在 Go runtime scheduler 正常调度 goroutine 之时就有可能会调用netpoll获取到已就绪的 fd 对应的 goroutine 来调度执行：
// One round of scheduler: find a runnable goroutine and execute it.
// Never returns.
func schedule() {
// ...
if gp == nil {
gp, inheritTime = findrunnable() // blocks until work is available
}
// ...
}
// Finds a runnable goroutine to execute.
// Tries to steal from other P's, get g from global queue, poll network.
func findrunnable() (gp *g, inheritTime bool) {
// ...
// Poll network.
// This netpoll is only an optimization before we resort to stealing.
// We can safely skip it if there are no waiters or a thread is blocked
// in netpoll already. If there is any kind of logical race with that
// blocked thread (e.g. it has already returned from netpoll, but does
// not set lastpoll yet), this thread will do blocking netpoll below
// anyway.
if netpollinited() && atomic.Load(&netpollWaiters) > 0 && atomic.Load64(&sched.lastpoll) != 0 {
if list := netpoll(false); !list.empty() { // non-blocking
gp := list.pop()
injectglist(&list)
casgstatus(gp, _Gwaiting, _Grunnable)
if trace.enabled {
traceGoUnpark(gp, 0)
}
return gp, false
}
}
// ...
}Go scheduler 的核心方法schedule里会调用一个叫findrunable()的方法获取可运行的 goroutine 来执行，而在 findrunable()方法里就调用了netpoll获取已就绪的 fd 列表对应的 goroutine 列表。
另外， sysmon监控线程也可能会调用到netpoll：
// Always runs without a P, so write barriers are not allowed.
//
//go:nowritebarrierrec
func sysmon() {
// ...
now := nanotime()
if netpollinited() && lastpoll != 0 && lastpoll 10*1000*1000 < now {
atomic.Cas64(&sched.lastpoll, uint64(lastpoll), uint64(now))
// 以非阻塞的方式调用 netpoll 获取就绪 fd 列表
list := netpoll(false) // non-blocking - returns list of goroutines
if !list.empty() {
// Need to decrement number of idle locked M's
// (pretending that one more is running) before injectglist.
// Otherwise it can lead to the following situation:
// injectglist grabs all P's but before it starts M's to run the P's,
// another M returns from syscall, finishes running its G,
// observes that there is no work to do and no other running M's
// and reports deadlock.
incidlelocked(-1)
// 将其插入调度器的runnable列表中（全局），等待被调度执行
injectglist(&list)
incidlelocked(1)
}
}
// retake P's blocked in syscalls
// and preempt long running G's
if retake(now) != 0 {
idle = 0
} else {
idle
}
// check if we need to force a GC
if t := (gcTrigger{kind: gcTriggerTime, now: now}); t.test() && atomic.Load(&forcegc.idle) != 0 {
lock(&forcegc.lock)
forcegc.idle = 0
var list gList
list.push(forcegc.g)
injectglist(&list)
unlock(&forcegc.lock)
}
if debug.schedtrace > 0 && lasttrace int64(debug.schedtrace)*1000000 <= now {
lasttrace = now
schedtrace(debug.scheddetail > 0)
}
}
}Go runtime 在程序启动的时候会创建一个独立的 M 作为监控线程，叫sysmon，这个线程为系统级的 daemon 线程，无需 P 即可运行，sysmon每 20us~10ms 运行一次。sysmon中以轮询的方式执行以下操作（如上面的代码所示）：
- 以非阻塞的方式调用
runtime.netpoll，从中找出能从网络 I/O 中唤醒的 G，并调用injectglist，将其插入调度器的 runnable 列表中（全局），调度触发时，有可能从这个全局 runnable 列表获取 G。然后再循环调用startm，直到所有 P 都不处于_Pidle状态。 - 调用
retake，抢占长时间处于_Psyscall状态的 P。
综上，Go 借助于 epoll/kqueue/iocp 和 runtime scheduler 等的帮助，设计出了自己的 I/O 多路复用 netpoll，成功地让 Listener.Accept/conn.Read/conn.Write等方法从开发者的角度看来是同步模式。
Go netpoll 的价值
通过前面对源码的分析，我们现在知道 Go netpoll 依托于 runtime scheduler，为开发者提供了一种强大的同步网络编程模式；然而，Go netpoll 存在的意义却远不止于此，Go netpoll I/O 多路复用搭配 Non-blocking I/O 而打造出来的这个原生网络模型，它最大的价值是把网络 I/O 的控制权牢牢掌握在 Go 自己的 runtime 里，关于这一点我们需要从 Go 的 runtime scheduler 说起，Go 的 G-P-M 调度模型如下：
G 在运行过程中如果被阻塞在某个 system call 操作上，那么不光 G 会阻塞，执行该 G 的 M 也会解绑 P(实质是被 sysmon 抢走了)，与 G 一起进入 sleep 状态。如果此时有 idle 的 M，则 P 与其绑定继续执行其他 G；如果没有 idle M，但仍然有其他 G 要去执行，那么就会创建一个新的 M。当阻塞在 system call 上的 G 完成 syscall 调用后，G 会去尝试获取一个可用的 P，如果没有可用的 P，那么 G 会被标记为_Grunnable并把它放入全局的 runqueue 中等待调度，之前的那个 sleep 的 M 将再次进入 sleep。
现在清楚为什么 netpoll 为什么一定要使用非阻塞 I/O 了吧？就是为了避免让操作网络 I/O 的 goroutine 陷入到系统调用从而进入内核态，因为一旦进入内核态，整个程序的控制权就会发生转移(到内核)，不再属于用户进程了，那么也就无法借助于 Go 强大的 runtime scheduler 来调度业务程序的并发了；而有了 netpoll 之后，借助于非阻塞 I/O ，G 就再也不会因为系统调用的读写而陷入内核态，当 G 被阻塞在某个 network I/O 操作上时，实际上它不是因为陷入内核态被阻塞住了，而是被 Go runtime 调用 gopark 给 park 住了，此时 G 会被放置到某个 wait queue 中，而 M 会尝试运行下一个_Grunnable的 G，如果此时没有_Grunnable的 G 供 M 运行，那么 M 将解绑 P，并进入 sleep 状态。当 I/O available，在 wait queue 中的 G 会被唤醒，标记为_Grunnable，放入某个可用的 P 的 local 队列中，绑定一个 M 恢复执行。
Go netpoll 的问题
Go netpoll 的设计不可谓不精巧、性能也不可谓不高效，配合 goroutine 写网络程序是真的爽：简洁高效。然而，没有任何一种设计和架构是完美的，goroutine-per-connection这种模式虽然简单高效，但是在某些极端的场景下也会暴露出问题：goroutine 虽然非常轻量，它的自定义栈内存初始值仅为 2KB，后面按需扩容；海量连接的业务场景下，goroutine-per-connection，此时 goroutine 数量以及消耗的资源就会呈线性趋势暴涨，首先给 Go runtime scheduler 造成极大的压力和侵占系统资源，然后资源被侵占又反过来影响 runtime 的调度，导致性能大幅下降。
Reactor 模式
目前在 Linux 平台下构建的高性能网络程序中，大都使用 Reactor 模式，比如 netty、libevent、libev、ACE，POE(Perl)、Twisted(Python)等。
Reactor 模式本质上指的是使用I/O 多路复用(I/O multiplexing) 非阻塞 I/O(non-blocking I/O)的模式。
通常设置一个主线程负责做 event-loop 事件循环和 I/O 读写，通过 select/poll/epoll_wait 等系统调用监听 I/O 事件，业务逻辑提交给其他工作线程去做。而所谓『非阻塞 I/O』的核心思想是指避免阻塞在 read() 或者 write() 或者其他的 I/O 系统调用上，这样可以最大限度的复用 event-loop 线程，让一个线程能服务于多个 sockets。在 Reactor 模式中，I/O 线程只能阻塞在 I/O multiplexing 函数上（select/poll/epoll_wait）。
Reactor 模式通常的工作流程如下：
- Server 端完成在
bind&listen之后，将 listenfd 注册到 epollfd 中，最后进入 event-loop 事件循环。循环过程中会调用select/poll/epoll_wait阻塞等待，若有在 listenfd 上的新连接事件则解除阻塞返回，并调用socket.accept接收新连接 connfd，并将 connfd 加入到 epollfd 的 I/O 复用（监听）队列。 - 当 connfd 上发生可读/可写事件也会解除
select/poll/epoll_wait的阻塞等待，然后进行 I/O 读写操作，这里读写 I/O 都是非阻塞 I/O，这样才不会阻塞 event-loop 的下一个循环。然而，这样容易割裂业务逻辑，不易理解和维护。 - 调用
read读取数据之后进行解码并放入队列中，等待工作线程处理。 - 工作线程处理完数据之后，返回到 event-loop 线程，由这个线程负责调用
write把数据写回 client。
accept 连接以及 conn 上的读写操作若是在主线程完成，则要求是非阻塞 I/O，因为 Reactor 模式一条最重要的原则就是：I/O 操作不能阻塞 event-loop 事件循环。实际上 event loop 可能也可以是多线程的，只是一个线程里只有一个 select/poll/epoll_wait。
上面提到了 Go netpoll 在某些场景下可能因为创建太多的 goroutine 而过多地消耗系统资源，而在现实世界的网络业务中，服务器持有的海量连接中在极短的时间窗口内只有极少数是 active 而大多数则是 idle，就像这样（非真实数据，仅仅是为了比喻）：
那么为每一个连接指派一个 goroutine 就显得太过奢侈了，而 Reactor 模式这种利用 I/O 多路复用进而只需要使用少量线程即可管理海量连接的设计就可以在这样网络业务中大显身手了：
在绝大部分应用场景下，我推荐大家还是遵循 Go 的 best practices，以这种 netpoll 模式来构建自己的网络应用。然而，在某些极度追求性能、压榨系统资源以及技术栈必须是原生 Go （不考虑 C/C 写中间层而 Go 写业务层）的业务场景下，我们可以考虑自己构建 Reactor 网络模型。
