技术文章:C语言协程的代码细节

2022年10月08日01:57:07 科技 1901

“协程”(coroutine),就是把Linux epoll异步IO机制通过长跳转(long jmp)封装起来,形成一个在用户看来“连续的”流程。

所有操作系统的异步IO,都分为启动函数回调函数

Linux为例,启动函数负责往epoll框架里添加读写事件。

事件触发之后,再通过回调函数去进行下半部的处理。

整个事件处理过程,与Linux内核里的中断处理差不多。

一个完整的IO流程需要回调好几次,而且读代码时到处查找回调函数哪里设置的

甚至,有的程序员中途修改回调函数的指针[捂脸]

C的函数指针比C++的虚函数“灵活”的地方是,C++的虚函数表在编译时固定了,但C的函数指针可以在运行时修改(它就是个普通变量)。

然后,就真有人半截里修改它,让代码的可读性急剧下降。

再然后,就出现了coroutine,看上去至少是同步的了。

程序流程在一个函数里跳转,就是普通的goto语句

程序流程在2个函数的半截里跳转,就是长跳转(long jmp)。

协程的原理如下:

1,当某个文件描述符需要IO等待的时候,通过长跳转回到epoll的主框架函数,让其他的IO可以运行。

2,当这个文件描述符的IO再次就绪之后,再通过长跳转从主框架函数跳回来,接着上次的位置继续运行:

这个位置,是函数上一次放弃运行的位置,它是函数内的某个点。

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在函数的半截里放弃CPU之后还能回来,就需要保存函数的运行上下文:信息、寄存器信息。

保存到哪里?

只能保存到上,因为栈和寄存器都会随着代码的运行而不断地覆盖,只有堆是受用户控制的。

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用户测试代码

上图是“用户代码”,虽然两个函数__async_connect()和__async_write()的内部是异步执行的,但它们都在一个函数_async_test()里,整个流程看上去是同步的。

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__async_connect()函数,上半部

__async_connect()分为上半部和下半部,以__asm_co_task_yield()为分隔点。

上半部调用异步的connect(),下半部调用getsockopt()读取结果。

为了避免阻塞线程,需要在异步connect()之后让出CPU,让主框架函数可以做别的

这个让出CPU的函数__asm_co_task_yield(),是“协程库”的关键。

它让出了CPU之后,在事件触发之后再次恢复运行:这时函数__asm_co_task_yield()才会返回,然后接着运行下图的代码。

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__async_connect()函数,下半部

当异步connect()成功时,getsockopt()获取的错误码err是0。

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__async_write()函数

__async_write()函数的流程与__async_connect()类似,也是在文件描述符变得不可写时放弃CPU,等待下次可写时再恢复运行。

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epoll主框架函数

epoll的主框架函数是一个while循环:使用epoll_wait()系统调用去监控事件的触发。

它会同时处理IO事件定时器

定时器的精度受限于epoll_wait()的等待时间

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epoll主框架函数

__scf_co_task_run(),可以让“协程任务”首次运行,或者再次恢复运行。

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_scf_co_task_run()函数

这个函数只是调用了__asm_co_task_run(),具体的长跳转汇编里实现。

因为长跳转涉及到细致的内存控制,只能用汇编实现。

运行结果:

要在本机上用命令nc -vv -l 2000当服务端。

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打印的日志,是长跳转时的栈信息的变化

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两个汇编函数的大概功能,如下面的3张图。

细节就不说了,这种代码,时间久了连作者都快看不懂了[捂脸]

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