曹大帶我學 Go（5）—— 哪裏來的 goexit

你好，我是小 X。

曹大最近開 Go 課程了，小 X 正在和曹大學 Go。

這個系列會講一些從課程中學到的讓人醍醐灌頂的東西，撥雲見日，帶你重新認識 Go。

在學員羣裏，有同學在用 dlv 調試時看到了令人不解的 goexit：goexit 函數是啥，爲啥 go fun(){}() 的上層是它？看着像是一個 “退出” 函數，爲什麼會出現在最上層？

其實如果看過 pprof 的火焰圖，也會經常看到 goexit 這個函數。

我們來個例子重現一下：

package main

import "time"

func main() {
 go func ()  {
  println("hello world")
 }()
 
 time.Sleep(10*time.Minute)
}

啓動 dlv 調試，並分別在不同的地方打上斷點：

(dlv) b a.go:5 
Breakpoint 1 (enabled) set at 0x106d12f for main.main() ./a.go:5
(dlv) b a.go:6
Breakpoint 2 (enabled) set at 0x106d13d for main.main() ./a.go:6
(dlv) b a.go:7
Breakpoint 3 (enabled) set at 0x106d1a0 for main.main.func1() ./a.go:7

執行命令 c 運行到斷點處，再執行 bt 命令得到 main 函數的調用棧：

(dlv) bt
0  0x000000000106d12f in main.main
   at ./a.go:5
1  0x0000000001035c0f in runtime.main
   at /usr/local/go/src/runtime/proc.go:204
2  0x0000000001064961 in runtime.goexit
   at /usr/local/go/src/runtime/asm_amd64.s:1374

它的上一層是 runtime.main，找到原代碼位置，位於 src/runtime/proc.go 裏的 main 函數，它是 Go 進程的 main goroutine，這裏會執行一些 init 操作、開啓 GC、執行用戶 main 函數……

fn := main_main // proc.go:203
fn() // proc.go:204

其中 fn 是 main_main 函數，表示用戶的 main 函數，執行到了這裏，才真正將權力交給用戶。

繼續執行 c 命令和 bt 命令，得到 go 這一行的調用棧：

0  0x000000000106d13d in main.main
   at ./a.go:6
1  0x0000000001035c0f in runtime.main
   at /usr/local/go/src/runtime/proc.go:204
2  0x0000000001064961 in runtime.goexit
   at /usr/local/go/src/runtime/asm_amd64.s:1374

以及 println 這一句的調用棧：

0  0x000000000106d1a0 in main.main.func1
   at ./a.go:7
1  0x0000000001064961 in runtime.goexit
   at /usr/local/go/src/runtime/asm_amd64.s:1374

可以看到，調用棧的最上層都是 runtime.goexit，我們跟着註明了的代碼行數，順藤摸瓜，找到 goexit 代碼：

// The top-most function running on a goroutine
// returns to goexit+PCQuantum.
TEXT runtime·goexit(SB),NOSPLIT,$0-0
    BYTE	$0x90	// NOP
	CALL	runtime·goexit1(SB)	// does not return
	// traceback from goexit1 must hit code range of goexit
	BYTE	$0x90	// NOP

這還是個彙編函數，它接着調用 goexit1 函數、goexit0 函數，主要的功能就是將 goroutine 的各個字段清零，放入 gFree 隊列裏，等待將來進行復用。

另一方面，goexit 函數的地址是在創建 goroutine 的過程中，塞到棧上的。讓 CPU “誤以爲”：func() 是由 goexit 函數調用的。這樣一來，當 func() 執行完畢時，會返回到 goexit 函數做一些清理工作。

下面這張圖能看出在 newg 的棧底塞了一個 goexit 函數的地址：

goexit 返回地址

對應的路徑是：

newporc -> newporc1 -> gostartcallfn -> gostartcall

來看 newproc1 中的關鍵幾行代碼：

newg.sched.pc = funcPC(goexit) + sys.PCQuantum
newg.sched.g = guintptr(unsafe.Pointer(newg))
gostartcallfn(&newg.sched, fn)

這裏的 newg 就是創建的 goroutine，每個新建的 goroutine 都會執行這些代碼。而 sched 結構體其實保存的是 goroutine 的執行現場，每當 goroutine 被調離 CPU，它的執行進度就是保存到這裏。進度主要就是 SP、BP、PC，分別表示棧頂地址、棧底地址、指令位置，等 goroutine 再次得到 CPU 的執行權時，會把 SP、BP、PC 加載到寄存器中，從而從斷點處恢復運行。

回到上面的幾行代碼，pc 被賦值成了 funcPC(goexit)，最後在 gostartcall 裏：

// adjust Gobuf as if it executed a call to fn with context ctxt
// and then did an immediate gosave.
func gostartcall(buf *gobuf, fn, ctxt unsafe.Pointer) {
 sp := buf.sp
 ...
 sp -= sys.PtrSize
 *(*uintptr)(unsafe.Pointer(sp)) = buf.pc
 buf.sp = sp
 buf.pc = uintptr(fn)
 buf.ctxt = ctxt
}

sp 其實就是棧頂，第 7 行代碼把 buf.pc，也就是 goexit 的地址，放在了棧頂的地方，熟悉 Go 函數調用規約的朋友知道，這個位置其實就是 return addr，將來等 func() 執行完，就會回到父函數繼續執行，這裏的父函數其實就是 goexit。

一切早已註定。

不過注意一點，main goroutine 和普通的 goroutine 不同的是，前者執行完用戶 main 函數後，會直接執行 exit 調用，整個進程退出：

exit

也就不會進入 goexit 函數。而普通 goroutine 執行完畢後，則直接進入 goexit 函數，做一些清理工作。

這也就是爲什麼只要 main goroutine 執行完了，就不會等其他 goroutine，直接退出。一切都是因爲 exit 這個調用。

今天我們主要講了 goexit 是怎麼被安插到 goroutine 的棧上，從而實現 goroutine 執行完畢後再回到 goexit 函數。

原來看似很不理解的東西，是不是更清晰了？

源碼面前，了無祕密。

好了，這就是今天全部的內容了~ 我是小 X，我們下期再見~

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