项目介绍
开发语言
C
开发环境
CentOS7、vim、gcc、gdb、git、MakeFile
项目简介
“协程”即用户态下的非抢占式的轻量级线程，是一种在程序开发中处理多任务的组件。
由于在C/C++中并没有引入协程这一概念，而大部分开源的库又过于重量，所以我基于ucontext组件实现了一个简单的协程库
项目特点
- 用户态实现协程的调度切换，减少了内核切换的开销。
- 非抢占式，用户自己实现调度，同一时间只能有一个协程在执行，由协程主动交出控制权。
- 基于非对称(asymmetric)模式, 控制流更加简单，程序更加结构化。
- 协程具有独立的栈，确保运行效率。
适用场景
协程主要适用于I/O密集型的场景，如示例中的TCP服务器。在传统的多路复用+多线程/多进程的做法，每并发一个进程/线程就会消耗内存，并且最严重的问题就是由系统来进行调度切换带来的严重损耗，而协程刚好能够解决这些问题。
发布链接
具体的实现请参考源代码
协程
使用介绍
上下文环境
对于上下文环境的切换可以使用很多方法
- 汇编
- C语言库函数setjmp， longjmp
- glibc的ucontext组
我在这里使用的是ucontext组件，如果不了解这个组件的使用方法，可以参考我的另一篇博客
ucontext族函数的使用及原理分析
由于ucontext只支持posix，如果需要移植到windows，只需要将api换成fiber的即可
宏
#define STACK_SIZE (1024 * 1024) //协程函数栈大小
#define COROUTINE_SIZE (1024) //协程最大数量
协程状态
协程共设置了四种状态，READY, RUNNING, DEAD, SUSPEND。下图描述了所有状态即状态之间的转换关系。
协程与调度器结构体
typedef struct coroutine
{
void* (*call_back)(struct schedule* s, void* args); //回调函数
void* args; //回调函数的参数
ucontext_t ctx; //协程的上下文
char stack[STACK_SIZE]; //协程的函数栈
enum State state; //协程状态
}coroutine;
typedef struct schedule
{
coroutine** coroutines; //协程数组
int cur_id; //正在运行的协程下标
int max_id; //数组中最大的下标
ucontext_t main; //主流程上下文
}schedule;
接口
//创建协程序调度器
schedule* schedule_create();
//创建协程, 并返回协程所处下标
int coroutine_create(schedule* s, void* (*call_back)(schedule*, void* ), void* args);
//协程让出CPU，返回主流程上下文
void coroutine_yield(schedule* s);
//恢复协程上下文
void coroutine_resume(schedule* s, int id);
//运行协程
void coroutine_running(schedule* s, int id);
//销毁协程调度器
void schedule_destroy(schedule* s);
//判断协程调度器中的协程是否全部结束, 结束返回1, 没结束返回0
int schedule_finished(schedule* s);
示范用例
使用协程实现一个TCP服务器
思路图
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <fcntl.h>
#include "coroutine.h"
static int co_ids[COROUTINE_SIZE];
void SetNoBlock(int fd)
{
int flag = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
flag |= O_NONBLOCK;
fcntl(fd, F_SETFL, flag);
}
int socket_init()
{
int lst_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(lst_fd == -1)
{
perror("socket.\n");
exit(1);
}
int op = 1;
setsockopt(lst_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &op, sizeof(op));
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(9200);
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.128");
if(bind(lst_fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0)
{
perror("bind.\n");
exit(1);
}
if(listen(lst_fd, SOMAXCONN) < 0)
{
perror("listen.\n");
exit(1);
}
return lst_fd;
}
void accept_conn(int lst_fd, schedule *s, int* co_ids, void *(*call_back)(schedule *s, void *args))
{
while(1)
{
int new_fd = accept(lst_fd, NULL, NULL);
//如果有新连接到来则创建一个协程来管理这个连接
if(new_fd > 0)
{
SetNoBlock(new_fd);
int args[] = {lst_fd, new_fd};
int cid = coroutine_create(s, call_back, args);
if(cid >= COROUTINE_SIZE)
{
perror("too many connections.\n");
return;
}
co_ids[cid] = 1;
coroutine_running(s, cid);
}
//如果当前没有连接，则切换至协程上下文中继续运行
else
{
int i = 0;
for(i = 0; i < COROUTINE_SIZE; i++)
{
if(co_ids[i] == -1)
{
continue;
}
coroutine_resume(s, i);
}
}
}
}
void *handle(schedule *s, void *args)
{
int* arr = (int*)args;
int cfd = arr[1];
char buf[1024] = { 0 };
while(1)
{
memset(buf, 0, sizeof(buf));
int ret = recv(cfd, buf, 1024, 0);
if(ret < 0)
{
//如果此时没有数据，则不再等待，直接切换回主流程
coroutine_yield(s);
}
else if(ret == 0)
{
//通信结束
co_ids[s->cur_id] = -1;
break;
}
else
{
printf("=> : %s\n", buf);
if(strncasecmp(buf, "exit", 4) == 0)
{
co_ids[s->cur_id] = -1;
break;
}
send(cfd, buf, ret, 0);
}
}
}
int main()
{
static int co_ids[COROUTINE_SIZE];
int lst_fd = socket_init();
SetNoBlock(lst_fd);
schedule* s = schedule_create();
int i;
for(i = 0; i < COROUTINE_SIZE; i++)
{
co_ids[i] = -1;
}
accept_conn(lst_fd, s, co_ids, handle);
schedule_destroy(s);
}
可以看到该服务器可以快速的响应多个连接
