Coroutine及其实现

2024-04-29 16:18
文章标签 实现 coroutine

本文主要是介绍Coroutine及其实现,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

线程是内核对外提供的服务,应用程序可以通过系统调用让内核启动线程,由内核来负责线程调度和切换。线程在等待IO操作时线程变为unrunnable状态会触发上下文切换。现代操作系统一般都采用抢占式调度,上下文切换一般发生在时钟中断和系统调用返回前,调度器计算当前线程的时间片,如果需要切换就从运行队列中选出一个目标线程,保存当前线程的环境,并且恢复目标线程的运行环境,最典型的就是切换ESP指向目标线程内核堆栈,将EIP指向目标线程上次被调度出时的指令地址。

    协程也叫用户态线程,协程之间的切换发生在用户态。在用户态没有时钟中断,系统调用等机制,那么协程切换由什么触发?调度器将控制权交给某个协程后,控制权什么时候回到调度器,从而调度另外一个协程运行? 实际上,这需要协程主动放弃CPU,控制权回到调度器,从而调度另外一个协程运行。所谓协作式线程(cooperative),需要协程之间互相协作,不需要使用CPU时将CPU主动让出。

    协程切换和内核线程的上下文切换相同,也需要有机制来保存当前上下文,恢复目标上下文。在POSIX系统上,getcontext/makecontext/swapcontext等可以用来做这件事。

    协程带来的最大的好处就是可以用同步的方式来写异步的程序。比如协程A,B:A是工作协程,B是网络IO协程(这种模型下,实际工作协程会比网络IO协程多),A发送一个包时只需要将包push到A和B之间的一个channel,然后就可以主动放弃CPU,让出CPU给其它协程运行,B从channel中pop出将要发送的包,接收到包响应后,将结果放到A能拿到的地方,然后将A标识为ready状态,放入可运行队列等待调度,A下次被调度器调度就可以拿到结果继续做后面的事情。如果是基于线程的模型,A和B都是线程,通常基于回调的方式,1. A阻塞在某个队列Q上,B接受到响应包回调A传给B的回调函数f,回调函数f将响应包push到Q中,A可以取到响应包继续干活,如果阻塞基于cond等机制,则会被OS调度出去,如果忙等,则耗费CPU。2. A可以不阻塞在Q上,而是继续做别的事情,可以定期过来取结果。 这种情况下,线程模型业务逻辑其实被打乱了,发包和取包响应的过程被隔离开了。

   实现协程库的基本思路很简单,每个线程一个调度器,就是一个循环,不断的从可运行队列中取出协程,并且利用swapcontext恢复协程的上下文从而继续执行协程。当一个协程放弃CPU时,通过swapcontext恢复调度器上下文从而将控制权归还给调度器,调度器从可运行队列选择下一个协程。每个协程初始化通过getcontext和makecontext,需要的栈空间从堆上分配即可。

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