Go程序是如何编译运行的

何为Runtime

简介：语言在运行的时候，作为支撑语言运行的部分。 也就是程序的运行环境

常见的runtime例如：

• Java：虚拟机
• JaveScript: 浏览器内核或者node的内核

Go的Runtime的特点：

• go是没有虚拟机的概念的
• Runtime 作为程序的一部分打包进二进制产物
• Runtime 随用户程序一起运行
• Runtime 与用户程序没有明显界限，直接通过函数调用

Go 的Runtime能力

• 内存管理能力（分配堆内存，栈内存，变量等）
• 垃圾回收能力（GC）
• 超强的并发能力（协程调度）
• 其他特点

  • Runtime有一定的屏蔽系统调用能力(go build详解)

  • 一些go的关键字其实是Runtime下的函数：

总结：

Go 的 Runtime 负责内存管理，垃圾回收，协程调度 Go 的 Runtime 被编译成用户程序的一部分，一起运行

Go程序是如何编译的

使用命令 go build -n 可以输出程序的编译过程,并不实际编译 新建main.go文件

package main

import "fmt"

func main() {
  fmt.Println("hello word")
}

在项目中并未引入runtime包，由此可以看出runtime是自动引入一起编译的。 先使用compile.exe 编译成 .a文件 再通过link.exe链接打包成目标文件 也就是 main.exe

Go 编译过程

词法分析

• 将源代码翻译成 Token
• Token 是代码中的最小语义结构

句法分析

• Token 序列经过处理，变成语法树

语义分析

• 类型检查
• 类型推断
• 查看类型是否匹配
• 函数调用内联
• 逃逸分析

中间码生成

• 为了处理不同平台的差异，先生成中间代码（SSA）
• 查看从代码到SSA中间码的整个过程

windows:$env:GOSSAFUNC="main" linux:export GOSSAFUNC=main

重新执行go build ，会生成 ssa.html

机器码生成

• 先生成Plan9汇编代码
• 最后编译成机器码
• 输出的机器码为.a文件

查看Plan9汇编代码

go build -gcflags -S main.go

链接

• 将各个包进行链接，包括runtime

Go程序是如何运行的

Go程序的入口

• main方法就是入口吗？

• runtime/rt0_xxx.s

• 读取命令行参数

  • 复制参数数量 argc 和 和参数值 argv 到栈上

• 初始化 g0 执行栈

  • g0 是为了调度协程而产生的协程
  • g0 是每一个Go程序的第一个协程

• 运行时检测

  • 检查各种类型的长度
  • 检查指针操作
  • 检查结构体字段偏移量
  • 检查atomic原子操作
  • 检查CAS操作
  • 检查栈大小是否是2的幂

• 参数初始化 runtime.args

  • 对命令行中的参数进行处理
  • 参数数量赋值给 argc int32
  • 参数值赋值给 argv **byte

• 调度器初始化 runtime.schedinit

  • 全局栈空间内存分配
  • 堆内存空间的初始化
  • 初始化当前系统线程
  • 算法初始化（map,hash）
  • 加载命令行参数到 os.Args
  • 加载操作系统环境变量
  • 垃圾回收器的参数初始化
  • 设置process数量

• 创建主协程

  • 创建一个新的协程，执行runtime.main
  • 放入调度器等待调度

• 初始化 M

  • 初始化一个M 用来调度主协程

• 主协程执行主函数

  • 执行 runtime 包中的 init 方法
  • 启动 GC 垃圾收集器
  • 执行用户包依赖的 init 方法
  • 执行用户主函数 main.main()

Go SDK -> runtime -> rt0_xxx.s就是Go程序真正的入口

例如：

window 64位的入口为 rt0_windows_amd64.s linux 64位的入口为 rt0_linux_amd64.s

在源码中不难发现 64位操作系统都会调用 asm_amd64.s中的_rt0_amd64(SB)

而这个方法主要是将 argc 和 argv 放进寄存器中，这两个是调用命令时候的参数 例如 ：go build -n ...

之后调用 runtime.rt0_go

将参数放入栈中

创建一个 叫做 g0 的协程 (Go 语言运行是创建的第一个协程，并且不由调度器管理)

执行go语言的check方法

将 参数 copy 到go语言代码中 判断系统字长：调度器初始化需要用到 执行调度器初始化

获取runtime.main方法的地址，并启动一个新的协程用来执行该方法

初始化调度器m，使协程真正执行

runtime.proc.go -> 进入了go语言中的main方法

初始化一些东西

打开垃圾回收器

用户包依赖的初始化

在链接阶段会 链接到用户的 main方法

总结

• Go 启动时经历了检查、各种初始化、初始化协程调度的过程
• main.main() 也是在协程中运行的

问题

• 调度器是什么
• 为什么初始化M
• 为什么不是直接执行 main.main()，而是将其放入调度器