Go 程序是如何运行的

这一篇文档描述了 Go 程序的运行过程，从第一行汇编代码到最后执行 main 包的 main 方法，中间经过了那些步骤？通过这些步骤的拆解，我们可以更加深入理解 Go 程序的执行过程。

当我们编写 C、Java 或者更 Go 程序的时候，都会在一个名为 main 的方法中写下第一行代码。可是我们程序执行的第一行代码是从 main 开始的吗？显然答案是否定的。

Go 程序的第一行代码在 runtime 包下，我们来查找这样一类的文件:

在 runtime 包下，我们看到这类以rt0 开头的文件，其中rt 是 runtime 单词的缩写，而 0 表示 runtime 的入口。比如说 rt0_linux_amd64.s 这个文件名中 linux 表示对应的操作系统，而 amd64 表示是 CPU 芯片的架构，而 .s 扩展名则表示文件中的代码是汇编语言编写的。也就是说，如果我们的程序运行在 Linux 上，并且 CPU 的架构是 amd64, 这会运行这个文件中的代码。接着我们来看一下这个文件中的代码，如下:

所以，我们程序的第一行代码是在 _rt0_amd64_linux这个函数中，既 JMP _rt0_amd64(SB) 这行汇编。 JMP 指令表示方法的调用， _rt0_amd64 则是方法名。如果是 Windows 系统呢？你可以可以找到类似的代码，如下图所示:

你发现了没？只要是 amd64 架构的 CPU，调用的都是同一个方法 _rt0_amd64(SB) 。这个方法写在哪里呢？在 runtime/asm_amd64.s 文件中，方法内容如下：

这个方法就三行代码，第 16 行是将 参数 argc （这个是执行程序时候命令行中传递的参数的个数）放到寄存器中，第 17 行也是一样的道理，将参数 argv (这个是执行程序时候命令行中穿的参数）放到寄存器中。第 18 行则是函数的跳转，跳转到 runtime.rt0_go(SB) 方法中，这个方法就在当前文件中：

这个是比较核心的方法，用来启动 Go 程序。第 150 行和第 151 行是将 argc 和 argv 两个参数放到栈上。

这段代码的作用是初始化名为 g0 的协程，这个协程是 Go 程序中第一个协程，是为了调度协程而产生的协程，所以它是不归协程调度器管理的（这时候还没有协程调度器呢）。

然后我们继续看下去，直到下面这一行关键的代码：

程序执行到这里是第一次调用了 Go 语言编写的方法，这个方法编写在文件 runtime/runtime1.go 中:

这个方法做了很多的前置判断，具体如下所示:

• 检查各种类型的长度

• 检查结构体字段的偏移量

• 检查 CAS 操作

• 检查指针操作

• 检查 atomic 原子操作

• 检查栈大小是否为 2 的幂次

跳出这个 check 方法，再往下看下去。下面的代码是将 argc 和 argv 两个参数从寄存器拷贝到 Go 语言的代码中去:

继续下去，下面三行代码, 就是三个方法的调用:

第 320 行：我们看到 args 这个方法，它的作用是对命令行中的参数进行处理，将 argc 赋值给 argc int32变量，将 argv 赋值给 argv **byte 变量。

第 321 行： 我们看到 osinit 这个方法，是为了判断操作系统的字长和 CPU 的核心数。在后面协程调度器初始化的时候需要用到。

第 322 行：我们看到 schedinit 这个方法，作用是初始化调度器。主要做了下面这些事情:

• 全局栈空间内存分配

• 堆内存空间的初始化

• 初始化当前系统的线程

• 算法初始化（map, hash)

• 加载命令行参数到 oa.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 的数量

然后我们继续看下去:

第 325 行：取到 mainPC 这个主函数的地址，但是这个地址并不是 main 包中的 main 函数的地址。它其实是 runtime 包的 main 方法的地址。

第 327 行： newproc 这个方法是启动一个协程（就是runtime.main 方法）。但是需要注意，这里只是启动协程，这时候协程还没有运行，因为协程调度器还没有启动调度。

第 331 行，看注释是初始化一个 M，这个 M 是用来调度主协程的。到这里，调度器就起来了，然后 runtime.main 协程就可以开始执行了。

直到这里，我们的系统就已经有了两个协程了，分别是 g0 协程和 runtime.main 协程。 g0 协程是所有其他协程的父协程，是用来启动调度器。而 runtime.main 则放入了调度器等待被调度执行。这个 runtime.main方法编写在文件 runtime/proc.go 文件中，内容如下:

首先在第 199 行，执行了 doInit 方法，这个方法用来初始化操作。

接着在第 209 行，执行了 gcenable 方法。也就是说，就此启动了 GC 垃圾回收。

在接下来，第 249 行，定义了一个名为 main_main 的方法，这个方法就是我们编写的 main 包下面的 main 方法。

我们来看到这个 main_main 的定义处，看到第 132 行的注释 //go:linkname 。这个注释是有意义的，是告诉链接器链接我们编写的 main 包中的 main 方法。

到此，我们编写的 main 方法就开始执行了。