Go 런타임 스케줄러는 어떻게 동작하나요?

Question

Accepted Answer

Go 런타임은 많은 goroutine을 적은 수의 OS 스레드에 다중화하는 **스케줄러**를 포함합니다. 이 **M:N 스케줄링**(M개의 goroutine을 N개의 OS 스레드에)이 goroutine을 그토록 저렴하게 하고 Go의 동시성을 확장 가능하게 만드는 것입니다. 이를 이해하면 goroutine 성능이 설명됩니다.

## G-M-P 모델

```text
G (Goroutine) — 여러분의 동시 작업(가벼움, 시작 시 약 2KB 스택)
M (Machine)   — OS 스레드(OS가 스케줄링하는 실제 스레드)
P (Processor) — 논리 프로세서 / 스케줄링 컨텍스트; 실행 가능한 G의 큐를 보유
                (P의 수 = GOMAXPROCS, 기본값 = CPU 코어 수)

스케줄러가 P를 통해 조율하여 M에서 G를 실행:
  각 P는 로컬 실행 큐를 가짐; M은 G를 실행하려면 P를 보유해야 함.
```

런타임은 논리 프로세서(P)를 통해 많은 goroutine(G)을 OS 스레드(M)에 매핑합니다. 기본적으로 CPU 코어당 하나의 P(`GOMAXPROCS`)가 있으며, 각각 실행 준비된 goroutine 큐를 가집니다.

## 저렴하고 확장 가능한 동시성을 달성하는 방법

```text
✓ goroutine 생성이 저렴(작은 스택, 런타임 관리) → 수백만 개 실현 가능
✓ goroutine 전환이 사용자 공간(런타임)에서 일어남, 비싼 OS
  컨텍스트 전환이 아님 → OS 스레드 전환보다 훨씬 가벼움
✓ P = CPU 코어로, Go는 코어 전반에서 goroutine을 진정으로 병렬 실행
```

스케줄러가 goroutine 전환을 (커널 수준 스레드 전환이 아닌) 사용자 공간에서 처리하고 goroutine이 작은 스택을 가지므로, OS 스레드보다 훨씬 많은 goroutine을 저렴하게 실행할 수 있습니다.

## 핵심 스케줄러 동작

```text
✓ 작업 훔치기(work stealing) — 한가한 P가 바쁜 P의 큐에서 goroutine을 훔침 → 부하 분산
✓ 협력적 + 선점적 — goroutine이 함수 호출/channel 연산/블로킹에서 양보;
  Go 1.14부터 스케줄러가 장기 실행 goroutine을 선점(preempt)도 가능(기아 없음)
✓ 블로킹을 영리하게 처리:
   - channel/sync에 블록된 goroutine → 주차(park), M이 다른 goroutine 실행(스레드 낭비 없음)
   - SYSCALL(예: 파일 I/O)에 블록된 goroutine → M은 블록되지만, P가
     다른 M에 넘겨져 다른 goroutine이 계속 실행됨
```

**작업 훔치기**는 코어를 바쁘게 유지하고, **선점**은 한 goroutine이 코어를 독점하는 것을 막으며, 결정적으로, goroutine이 (channel이나 syscall에) 블록되면 스케줄러가 스레드를 낭비하지 않고 다른 goroutine을 계속 실행합니다.

## GOMAXPROCS

```go
runtime.GOMAXPROCS(4)    // Go 코드를 동시에 실행하는 OS 스레드를 4개로 제한
// 기본값 = CPU 코어 수; 거의 변경할 필요 없음
```

## 그래도 goroutine이 공짜는 아닌 이유

```text
goroutine은 저렴하지만 비용 제로는 아님 — 수백만 개도 메모리를 쓰고, 과도한
goroutine은 스케줄링 오버헤드를 더함. 무거운 부하에는 동시성을 제한(워커 풀).
```

## 왜 중요한가

Go 스케줄러는 goroutine의 놀라운 저렴함과 확장성 뒤의 엔진입니다 — 그 **M:N 모델**(G-M-P 설계를 통해 적은 OS 스레드에 많은 goroutine)을 이해하면 OS 스레드가 수천에서 한계인데 *왜* Go가 수백만 goroutine을 실행할 수 있는지, *왜* 그 동시성이 그토록 효율적인지(비싼 OS 컨텍스트 전환 대신 사용자 공간 전환, GOMAXPROCS를 통한 코어 전반의 진정한 병렬성)가 설명됩니다.

블로킹의 영리한 처리(channel에 블록된 goroutine 주차, syscall 시 P 넘기기로 스레드 낭비 방지), 부하 분산을 위한 **작업 훔치기**, 기아 방지를 위한 **선점**(1.14부터)이 실제 작업 부하에서 Go의 동시성을 견고하게 만듭니다.

스케줄러와 직접 상호작용하는 일은 드물지만, 이를 이해하면 goroutine 성능에 대한 직관이 깊어지고, 동작(왜 블로킹이 스레드를 낭비하지 않는지, 왜 그토록 많은 goroutine을 생성할 수 있는지)을 설명하며, 동시성 제한 같은 결정에 정보를 줍니다.

Go 런타임 지식의 진정한 깊이를 보여주는 고급 주제이며 시니어 면접에서 가치 있게 평가됩니다.