CPU是电子产品的核心，代表着信息家当的发展水平。CPU发展至今已经有四十多年的历史了，实际便是Intel公司的发展历史[1]。Intel的CPU和其兼容产品盘踞了PC的大半江山。我国CPU计策已经发展十余年，部分领域完备具有核心技能，家当化取得积极进展，但是与国际主流厂商Intel等仍存在较大差距。国产CPU由于受多方成分制约，单核性能并不高，在2000年旁边所有的微处理器厂商都转向了多核微处理器的开拓。为提升CPU性能，国产CPU均为多核设计。目前，部分产品虽然在党政军部门及主要的信息系统有所运用，但是由于家当生态还未建立，所运用的场景还比较大略，可用于开拓运用的编程措辞也较为单一。国产CPU的发展事关我国信息家当的核心竞争力和可持续发展力。为了充分发挥国产CPU的性能,须要通过并行编程来办理。
Go措辞设计目标之一便是多核编程，不该用多线程编程模型，通过基于CSP的communication通道并发编程，使得并发编程更加简便。Go措辞原生支持广泛运用的X86、X64指令集，而且支持龙芯的MIPS64及飞腾的ARM64指令集。这使得Go措辞程序在跨平台移植上天生具有上风。Go措辞的其他一些特性使得其在国产CPU平台运器具有非常广泛的前景。
Go措辞是2009年11月Google正式宣告推出的一种编程措辞。它的并发机制使得编写能够充分利用多核和网络通信的程序变得非常随意马虎。Go措辞是静态类型的措辞，它的类型系统没有层级，完备垃圾回收，比范例的面向工具措辞更轻量级；Go措辞是一种编译型措辞，它结合理解释型措辞的游刃有余，动态类型措辞的开拓效率，以及静态类型的安全性。
Go编译器支持包括：x86、x64、ARM、arm64、ppc64、ppc64le、mips、mipsle、mips64、mips64le、s390x多种不同的CPU指令集。可以支持包括FreeBSD、Linux、Solaris和Windows等的多种操作系统。Go措辞是跨平台、跨操作系统的措辞，支配非常大略。Go 编译天生的是一个静态可实行文件，除了glibc外没有其他外部依赖。Go的并发性好，而且goroutine 和 channel 使得编写高并发的做事端软件变得相称随意马虎，非常适宜用来做事器编程。目前Go措辞已经成功的项目包括目前比较盛行的云框架Docker、NSQ等分布式框架等。
2 国产CPU平台简介及运用现状
目前，我国自主研发的处理器芯片紧张包括龙芯（MIPS64指令集）、申威(Alpha指令集）、飞腾(ARM64指令集)及兆芯(X86指令集)4类。商用领域基于龙芯3B1500 CPU、飞腾FA1500A CPU生产的商用做事器霸占国产做事器主流位置，龙芯、飞腾做事器分别搭载中标麒麟及银河麒麟操作系统。
在商用领域，全国产化平台刚刚起步，配套的商用软件较少，没有建立起完全的家当生态，同时又受到处理器自身性能的影响，基于上述两款主流处理器平台的做事器，紧张还是用于对系统访问并发及相应韶光哀求不高的Web网站类网络运用做事。国产处理器运用做事的开拓还是以Java措辞为主，搭配开源JBoss、Ttomcat或国产中间件，数据库采取国产数据库或MySQL等开源数据库。
3 Go措辞在国产平台的上风
3.1 国产平台现有的编程措辞匮乏
目前，基于国产CPU的国产化平台比较成熟的仅有C、C++编译器。厂商对Java虚拟机在国产平台上进行编译、适配及优化。由于Java运用运行过程中依赖的大量Java第三方框架都是源于X86构架体系，并未针对国产CPU进行优化，一些运用在大压力或大并发等某些场景下会涌现假去世、宕机等情形，严重影响运用的正常运行。虽然国产平台也支持其他编程措辞如Python、PHP等，但这类脚本措辞的阐明器也是交叉编译得到的，并非自身支持，在进行跨平台交叉编译过程中会碰着各种问题，很多问题须要软件开拓职员修正软件源代码，未经由大量适配验证，很难担保其开拓的运用的稳定性。
3.2 Go措辞的跨平台及并发上风
Go措辞原生支持龙芯CPU的MIPS64le指令集和飞腾CPU的ARM64指令集，天生具有跨平台上风。Go开拓运用在任意平台开拓完成后，直接编译，编译后的二进制文件在同类平台可直接拷贝运行，无需再次重新编译。除了glibc外，无需其他外部依赖。可以直接在该开拓平台的任意打算机上运行，无需像Java运行那样须要虚拟机，须要配置繁芜的环境变量；在作为网络做事时更不须要像Tomcat、Apache等的Web中间件。
Go措辞的异构平台移植也非常大略，仅须要运用程序的源码，在异构平台上直接编译即可，且编译后的二进制文件在同类平台可直接拷贝运行。Go措辞本身就具有天生的跨平台上风，大大降落了分布式异构打算平台的开拓难度，非常适宜在目前多构架的国产化平台上作为开拓措辞。
Go措辞在并发方面，goroutine和channel机制供应了轻量级并发机制；在性能方面，与Java的性能不分高下，而内存资源花费方面，相对Java和其他动态措辞，具备明显的上风。在网络和HTTP运用方面，Go措辞有良好的标准库和生态系统支持，而在标准库方面，已供应了处理多种网络所需的轻量级的代码库，对网络的核心协议HTTP的高并发支持，完备可以撼动Java。国产处理器由于指令集及工艺等多方面缘故原由，导致单核打算性能不高，为提高整体打算能力均采取多核技能。如：龙芯3B1500为8核，商用做事器为双路16核（2颗3B1500），飞腾FT1500A做事器为16核。因此，充分利用多核打算能力或搭建基于国产处理器的云打算平台是目前国产化平台的提高整体性能发展的方向。
4 Go措辞在国产环境下的移植
以飞腾平台为例，飞腾CPU采取ARM64构架。首先在X86平台上交叉编译出面向ARM64平台的Go措辞自举编译工具，利用$GOOS=linux GOARCH=arm64./bootstrap.bash 编译命令编译出可在ARM64平台运行的Go措辞自举编译工具，然后利用该自举编译工具在ARM64平台编译安装Go源码。安装完成后，Go措辞会自动进行自身测试。测试完成后提示ALL TESTS PASSED，添加GOROOT至系统环境变量。Go措辞的移植完成。龙芯平台移植过程与飞腾平台移植过程不同之处是在编译自举工具时GOARCH参数设置为MIPS64le。
5 Go措辞的多核事情事理简介
Go措辞可以快速高效地调用多核进行打算，其上风源于Go措辞的Go runtime的调度器[2]。
用户空间线程和内核空间线程之间的映射关系有N:1、1:1和M:N 3种常日的线程模型。个中N：1模型是几个用户空间线程在一个OS线程上运行。该模型高下文切换非常快速，但不能利用多核系统的优点。1：1模型一个实行线程匹配一个OS线程。 它利用机器上的所有内核，但高下文切换速率较慢，由于它必须通过操作系统进行。
Go通过利用M:N调度程序来取得上述两种办法的最佳效果。它将任意数量的goroutine调度到任意数量的OS线程上。开拓者可以得到快速高下文切换，并利用系统中的所有内核。这种方法的紧张缺陷是增加了调度器的繁芜性。
为了完成调度任务，Go Scheduler利用3个紧张实体，如图1所示。
M三角形表示OS线程。这是由操作系统管理的实行线程，其事情事理与标准POSIX线程相似。
G圆圈代表一个goroutine。它包括堆栈、指令指针和其他主要的调度goroutines的信息，像任何可能被阻挡的channel等。
P是从N：1调度程序进入M：N调度程序的主要部分，表示调度的高下文。可以将其视为在单个线程上运行Go代码的调度程序，一个局部的调度器。
如图2所示，有2个线程（M），每个线程都有一个高下文（P），每个线程都运行一个goroutine（G）。为了运行goroutines，线程必须持有一个高下文。
P的数量可以通过GOMAXPROCS来设置，代表了真正的并发度，即有多少个goroutine可以同时运行。可以利用它来调度Go进程到打算机的调用，例如在4核心PC上运行4个线程的Go代码。
白色的goroutines没有运行，处于就绪状态，正在等待被调度。P掩护着这个行列步队。在Go措辞里，每当goroutine实行go语句时，goroutines都会添加到行列步队的末端。一旦高下文运行了一个goroutine直到调度点，它会从其运行行列步队中弹出一个goroutine，设置堆栈和指令指针，并开始运行goroutine。
图3中当一个OS线程被壅塞时，P可以转而投奔另一个别系线程。从图中看到，当一个线程M0陷入壅塞时，P转而在OS线程M1上运行。调度器担保有足够的线程来运行所有P。
M1可能是被创建，或者从线程缓存中取出。当syscall返回时，它必须考试测验获取一个高下文来运行返回的goroutine，一样平常情形下，它会从其他的系统线程取得一个高下文，如果没有获取到，它就把goroutine放在一个全局行列步队中，放入线程缓存里。高下文会周期性地检讨全局行列步队，否则全局行列步队上的goroutine永久无法实行。
如果高下文的运行行列步队的事情量不平衡，如图4所示，则可能会发生这种情形。P所分配的任务G很快就实行完了（分配不均），这就导致了一个高下文P空闲而系统劳碌。当一个高下文用完时，它将考试测验从另一个高下文中盗取大约一半的运行行列步队。这确保在每个高下文上总是有事情要做，这反过来确保所有线程都以最大容量事情，每个别系线程都能充分地利用。
6 实测Go措辞在国产平台的多核调用
6.1 并行积分打算事理
并行打算积分。打算积分是一个用来展示并发编程和它本身加速度(表示的是多处理器实行韶光和单处理器实行韶光的比值)的常见例子，例如一个函数f(x)在[a，b]上的积分：
通过循环触发goroutine（协程）来实现np个子算组的并走运算，通过Go代码来打算Pi的积分：
6.2 Go措辞并行打算核心代码实现
核心代码：
上述打算中，一个打算组是通过 block(start，end int，c chan float64)这个函数实现的,这个函数打算从start到end之间的矩形面积、通道（channl）c则是用来在结束的时候进行同步,并且把打算组的结果送到主线程。主线程通过调用rutime.GOMAXPROCS(np)建立运行时所利用的CPU核数，np为利用CPU的个数，然后通过make布局一个有np大小缓存的通道,进行壅塞，确保打算并行进行。末了把实行np次的结果进行累加以得到pi的结果。
6.3 Go措辞并行打算在国产CPU多核调用测试
6.3.1 测试环境
飞腾平台：FT1500A16核×1；内存16 GB；Go编译器1.8.1；操作系统：银河麒麟4.0。
龙芯平台：3B1500A8核×2；内存16 GB；Go编译器1.8.1；操作系统：中标麒麟6.0。
6.3.2 测试方法
程序内计时，每次测试3次，取最短韶光。结果如图5、图6所示。
上面两组数据图展示了，在龙芯3B1500处理器和飞腾FT1500A上，并行Go打算Pi的效率，对付小的问题规模(n=105，106)，利用多核不能增加的实行韶光，这是由于过多的进程调度和初始化协程导致的，大部分韶光没有实行并行打算。当问题规模n变大的时候(n=108，109，1010)，利用多处理器能够显著地缩短打算所需的实行韶光。
6.3.3 结果比拟
结果比拟如图7所示。
从图7可以看出，与其他公开的测试的数据基本同等，飞腾FT1500A无论单核和多核性能均比龙芯3B1500CPU打算能力快出近一倍。
6.4 Go措辞在调用多核进行并行打算的性能线性特性
为了能够表示并发实行的加速度，以飞腾F1500A为例子以通过式(6)打算速率：
在这里Tnp和TMaxnp是处理器当前利用核数打算所用韶光和处理器最大核数打算所用韶光。结果如图8所示。
在图8中，当问题规模非常大的时候,增长险些便是线性的了,特殊是问题规模达到(n=109)的时候,险些和拟合趋势线重合。
7 结束语
本文对Go措辞在多线程领域编程、跨异构平台及编程难易程度的上风进行了阐述；对目前我国国产CPU在商业化运用领域现状进行了剖析。利用Go措辞在主流两款国产平台对多核调用进行测试。同时，对Go措辞的多核事情事理进行了简要剖析。综上所述，Go措辞非常适宜作为除Java外的另一种国产CPU平台运用开拓措辞，有较为广泛的运用前景。本文对未来Go措辞在国产CPU平台上的开拓及运用供应了一定的参考代价。
参考文献
[1] 芮雪，王亮亮，杨琴.国产处理器研究与发展现状综述[J].当代打算机（遍及版），.2014(3)：15-19.
[2] MORSING D.The Go scheduler[Z].2013.
作者信息:
陈 希，胡 彬
（国家工业信息安全发展研究中央，北京100040）
