Go 程序启动过程是怎样的

我们从一个 Hello World 的例子开始:

package main
import "fmt"
func main() {
fmt.Println("hello world")
}

在项目根目录下执行:

go build -gcflags "-N -l" -o hello src/main.go

-gcflags "-N -l" 是为了关闭编译器优化和函数内联,防止后面在设置断点的时候找不到相对应的代码位置。

得到了可执行文件 hello,执行:

[qcrao@qcrao hello-world]$ gdb hello

进入 gdb 调试模式,执行 info files,得到可执行文件的文件头,列出了各种段:

gdb info

同时,我们也得到了入口地址:0x450e20。

(gdb) b *0x450e20
Breakpoint 1 at 0x450e20: file /usr/local/go/src/runtime/rt0_linux_amd64.s, line 8.

这就是 Go 程序的入口地址,我是在 linux 上运行的,所以入口文件为 src/runtime/rt0_linux_amd64.s,runtime 目录下有各种不同名称的程序入口文件,支持各种操作系统和架构,代码为:

TEXT _rt0_amd64_linux(SB),NOSPLIT,$-8
LEAQ 8(SP), SI // argv
MOVQ 0(SP), DI // argc
MOVQ $main(SB), AX
JMP AX

主要是把 argc,argv 从内存拉到了寄存器。这里 LEAQ 是计算内存地址,然后把内存地址本身放进寄存器里,也就是把 argv 的地址放到了 SI 寄存器中。最后跳转到:

TEXT main(SB),NOSPLIT,$-8
MOVQ $runtime·rt0_go(SB), AX
JMP AX

继续跳转到 runtime·rt0_go(SB),位置:/usr/local/go/src/runtime/asm_amd64.s,代码:

TEXT runtime·rt0_go(SB),NOSPLIT,$0
// 省略很多 CPU 相关的特性标志位检查的代码
// 主要是看不懂,^_^
// ………………………………
// 下面是最后调用的一些函数,比较重要
// 初始化执行文件的绝对路径
CALL runtime·args(SB)
// 初始化 CPU 个数和内存页大小
CALL runtime·osinit(SB)
// 初始化命令行参数、环境变量、gc、栈空间、内存管理、所有 P 实例、HASH算法等
CALL runtime·schedinit(SB)
// 要在 main goroutine 上运行的函数
MOVQ $runtime·mainPC(SB), AX // entry
PUSHQ AX
PUSHQ $0 // arg size
// 新建一个 goroutine,该 goroutine 绑定 runtime.main,放在 P 的本地队列,等待调度
CALL runtime·newproc(SB)
POPQ AX
POPQ AX
// 启动M,开始调度goroutine
CALL runtime·mstart(SB)
MOVL $0xf1, 0xf1 // crash
RET
DATA runtime·mainPC+0(SB)/8,$runtime·main(SB)
GLOBL runtime·mainPC(SB),RODATA,$8

参考文献里的一篇文章【探索 golang 程序启动过程】研究得比较深入,总结下:

  1. 检查运行平台的CPU,设置好程序运行需要相关标志。

  2. TLS的初始化。

  3. runtime.args、runtime.osinit、runtime.schedinit 三个方法做好程序运行需要的各种变量与调度器。

  4. runtime.newproc创建新的goroutine用于绑定用户写的main方法。

  5. runtime.mstart开始goroutine的调度。

最后用一张图来总结 go bootstrap 过程吧:

golang bootstrap

main 函数里执行的一些重要的操作包括:新建一个线程执行 sysmon 函数,定期垃圾回收和调度抢占;启动 gc;执行所有的 init 函数等等。

上面是启动过程,看一下退出过程:

当 main 函数执行结束之后,会执行 exit(0) 来退出进程。若执行 exit(0) 后,进程没有退出,main 函数最后的代码会一直访问非法地址:

exit(0)
for {
var x *int32
*x = 0
}

正常情况下,一旦出现非法地址访问,系统会把进程杀死,用这样的方法确保进程退出。

关于程序退出这一段的阐述来自群聊《golang runtime 阅读》,又是一个高阶的读源码的组织,github 主页见参考资料。

当然 Go 程序启动这一部分其实还会涉及到 fork 一个新进程、装载可执行文件,控制权转移等问题。还是推荐看前面的两本书,我觉得我不会写得更好,就不叙述了。