协程定义

协程，从编程的角度看来，可以理解为用户自己能控制和调度的线程，可以理解为用户级别的线程。一个线程可以有多个协程，一个进程也可以有多个协程。

协程实现

协程的实现有多种方式

setjmp和longjmp
sigsetjmp和siglongjmp
ucontext函数族

本次采用ucontext实现，思路是：在进行函数跳转前，将获取当前调用者的上下文，并在当前调用者的上下文的基础上进行修改，制作新的函数堆栈，然后切换到函数的上下文。当函数执行结束，切换到调用者的上下文，让调用者继续执行协程调度。

void makecontext(ucontext_t *ucp, void (*func)(), int argc, …);

makecontext() 函数修改 ucp 指向的用户线程上下文，该上下文必须先前已通过调用 getcontext() 进行初始化，并为其分配了堆栈。上下文被修改，以便通过使用提供的参数（类型为 int）调用 func() 来继续执行。 argc 参数必须等于提供给 makecontext() 的附加参数的数量，也等于提供给 func() 的参数数量，否则会出现不可知行为。
ucp->uc_link 参数必须在调用 makecontext() 之前初始化，如果ucp->uc_link等于 NULL，则函数返回后进程退出；否则，函数要返回时隐式调用 setcontext(ucp->uc_link)。

int getcontext(ucontext_t *ucp);

getcontext() 函数将当前线程的执行上下文保存在 ucp 指向的结构中。这个保存的上下文可以稍后通过调用 setcontext() 来恢复。

int setcontext(const ucontext_t *ucp);

setcontext() 函数使先前保存的线程上下文成为当前线程上下文，即当前上下文丢失并且 setcontext() 不返回。相反，在 ucp 指定的上下文中继续执行，该上下文必须先前已通过调用 getcontext()、makecontext() 进行初始化。

int swapcontext(ucontext_t *oucp, const ucontext_t *ucp);

swapcontext() 函数将当前线程上下文保存在 *oucp 中，并使 *ucp 成为当前活动的上下文。

实现如下

fiber.h 协程接口头文件

#ifndef TEST_FIBER_H
#define TEST_FIBER_H//定义一个任务
typedef void *FiberTask(void *);/*** 初始化协程环境* @param maxFiberCount 最大协程数量* @return*/
int InitFibersEnv(int maxFiberCount);int FreeFibersEnv();/*** 创建一个协程* @param task 传入一个任务* @param arg 任务的参数* @return*/
int CreateFiber(FiberTask *task, void *arg);/*** 协程调度* @return*/
int ScheduleFiber();#endif //TEST_FIBER_H

fiber.c 协程接口实现文件

#include "Fiber.h"#define _XOPEN_SOURCE#include <ucontext.h>
#include <stdlib.h>#define StackSize (1024 * 10)enum FiberStatusEnum {FIBER_IDLE,FIBER_RUNNING
};/*** 协程环境*/
struct FiberEnv {int fiberId;ucontext_t ucontext;FiberTask *fiberTask;void *taskArg;//任务参数char stackSpace[StackSize];short status;//状态};struct FibersEnv {int fiberCount;//协程数量struct FiberEnv **fiberEnvs;//协程环境ucontext_t ucontext;//主进程调度到上下文
};struct FibersEnv *g_FiberEnv;int InitFibersEnv(int maxFiberCount) {g_FiberEnv = calloc(1, sizeof(struct FibersEnv));g_FiberEnv->fiberCount = maxFiberCount;g_FiberEnv->fiberEnvs = (struct FiberEnv **) calloc(maxFiberCount, sizeof(struct FiberEnv *));for (int i = 0; i < maxFiberCount; ++i) {g_FiberEnv->fiberEnvs[i] = calloc(1, sizeof(struct FiberEnv));g_FiberEnv->fiberEnvs[i]->fiberId = i + 100;}return 0;
}int FreeFibersEnv() {if (!g_FiberEnv) {return 0;}struct FiberEnv **p = g_FiberEnv->fiberEnvs;while (*p != NULL) {free(*p);p++;}free(g_FiberEnv);g_FiberEnv = NULL;return 0;
}struct FiberEnv *FindFreeFiberSlot() {for (int i = 0; i < g_FiberEnv->fiberCount; ++i) {if (g_FiberEnv->fiberEnvs[i] && g_FiberEnv->fiberEnvs[i]->status == FIBER_IDLE) {return g_FiberEnv->fiberEnvs[i];}}return NULL;
}void RunTask(uint32_t highPtr, uint32_t lowPtr) {uint64_t ptr = (uint64_t) highPtr << 32 | (uint64_t) lowPtr;struct FiberEnv *fiberEnv = (struct FiberEnv *) ptr;//执行任务fiberEnv->fiberTask(fiberEnv->taskArg);
//    printf("fiber[%d] exec ok!\n", fiberEnv->fiberId);fiberEnv->status = FIBER_IDLE;//任务执行完成之后，切换到调用者到上下文去执行swapcontext(&fiberEnv->ucontext, &g_FiberEnv->ucontext);
}//创建一个协程
int CreateFiber(FiberTask *task, void *arg) {struct FiberEnv *fiberEnv = FindFreeFiberSlot();fiberEnv->status = FIBER_RUNNING;getcontext(&fiberEnv->ucontext);fiberEnv->ucontext.uc_stack.ss_size = StackSize;fiberEnv->ucontext.uc_stack.ss_sp = fiberEnv->stackSpace;fiberEnv->fiberTask = task;fiberEnv->taskArg = arg;uint32_t lowPtr = (uint64_t) fiberEnv;uint32_t highPtr = (uint64_t) fiberEnv >> 32;makecontext(&fiberEnv->ucontext, (void (*)()) RunTask, 2, highPtr, lowPtr);return 0;
}int ScheduleFiber() {for (int i = 0; i < g_FiberEnv->fiberCount; ++i) {if (!g_FiberEnv->fiberEnvs[i]) {continue;}swapcontext(&g_FiberEnv->ucontext, &g_FiberEnv->fiberEnvs[i]->ucontext);}return 0;
}

main.c 协程接口测试文件

#include "Fiber.h"
#include <stdio.h>void *PrintStrLine(void *str) {printf("%s\n", (char *) str);return NULL;
}int main(int argc, char **argv) {InitFibersEnv(10);CreateFiber(PrintStrLine, "hello-world1");CreateFiber(PrintStrLine, "hello-world2");CreateFiber(PrintStrLine, "hello-world3");ScheduleFiber();FreeFibersEnv();printf("exec ok...\n");return 0;
}

执行

gcc Fiber.c main.c -o testFiber

打印如下

hello-world1
hello-world2
hello-world3
exec ok...

注意

可以注意到，makecontext为协程入口函数绑定上下文的时候，当需要为函数传递指针等变量的时候，因为makecontext是可变参，函数内部统一用4个字节去处理（有些系统可能已经做到了兼容）。而指针变量是8个字节（64位系统），故需要将指针变量拆分成高位和低位去处理。
本文的实验环境位mac，mac默认的ucontext接口已经废弃，需要定义_XOPEN_SOURCE宏强制开启
在用mac实验的时候，如果是封装在C++的类函数中，并使用了C++的集合，有些操作会出现奔溃问题，暂时理不清为什么。

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