目錄

• Linux高效能網路：協程系列01-前言
• Linux高效能網路：協程系列02-協程的起源
• Linux高效能網路：協程系列03-協程的案例
• Linux高效能網路：協程系列04-協程實現之工作原理
• Linux高效能網路：協程系列05-協程實現之原語操作
• Linux高效能網路：協程系列06-協程實現之切換
• Linux高效能網路：協程系列07-協程實現之定義
• Linux高效能網路：協程系列08-協程實現之排程器
• Linux高效能網路：協程系列09-協程效能測試
• [Linux高效能網路：協程系列10 待續]()

7.協程實現之定義

• 7.0 前言
• 7.1 執行體如何高效地在多種狀態集合更換
• 7.2 排程器與協程的功能界限

7.0 前言

  問題：協程如何定義? 排程器如何定義？
  先來一道設計題：
  設計一個協程的執行體R與執行體排程器S的結構體
  1. 執行體R：包含執行狀態{就緒，睡眠，等待}，執行體回撥函式，回撥引數，棧指標，棧大小，當前執行體
  2. 排程器S：包含執行集合{就緒，睡眠，等待}
  這道設計題拆分兩個個問題，一個執行體如何高效地在多種狀態集合更換。排程器與執行體的功能界限。

7.1 執行體如何高效地在多種狀態集合更換

  新建立的協程，建立完成後，加入到就緒集合，等待排程器的排程；協程在執行完成後，進行IO操作，此時IO並未準備好，進入等待狀態集合；IO準備就緒，協程開始執行，後續進行sleep操作，此時進入到睡眠狀態集合。
  就緒(ready)，睡眠(sleep)，等待(wait)集合該採用如何資料結構來儲存？
  就緒(ready)集合並不沒有設定優先順序的選型，所有在協程優先順序一致，所以可以使用佇列來儲存就緒的協程，簡稱為就緒佇列（ready_queue）。
  睡眠(sleep)集合需要按照睡眠時長進行排序，採用紅黑樹來儲存，簡稱睡眠樹(sleep_tree)紅黑樹在工程實用為<key, value>, key為睡眠時長，value為對應的協程結點。
  等待(wait)集合，其功能是在等待IO準備就緒，等待IO也是有時長的，所以等待(wait)集合採用紅黑樹的來儲存，簡稱等待樹(wait_tree)，此處借鑑nginx的設計。

  資料結構如下圖所示：

  Coroutine就是協程的相應屬性，status表示協程的執行狀態。sleep與wait兩顆紅黑樹，ready使用的佇列，比如某協程呼叫sleep函式，加入睡眠樹(sleep_tree)，status |= S即可。比如某協程在等待樹(wait_tree)中，而IO準備就緒放入ready佇列中，只需要移出等待樹(wait_tree)，狀態更改status &= ~W即可。有一個前提條件就是不管何種執行狀態的協程，都在就緒佇列中，只是同時包含有其他的執行狀態。

7.2 排程器與協程的功能界限

  每一協程都需要使用的而且可能會不同屬性的，就是協程屬性。每一協程都需要的而且資料一致的，就是排程器的屬性。

  按照前面幾章的描述，定義一個協程結構體需要多少域，我們描述了每一個協程有自己的上下文環境，需要儲存CPU的暫存器ctx；需要有子過程的回撥函式func；需要有子過程回撥函式的引數 arg；需要定義自己的棧空間 stack；需要有自己棧空間的大小 stack_size；需要定義協程的建立時間 birth；需要定義協程當前的執行狀態 status；需要定當前執行狀態的結點（ready_next, wait_node, sleep_node）；需要定義協程id；需要定義排程器的全域性物件 sched。
  協程的核心結構體如下：

typedef struct _nty_coroutine {

    nty_cpu_ctx ctx;
    proc_coroutine func;
    void *arg;
    size_t stack_size;

    nty_coroutine_status status;
    nty_schedule *sched;

    uint64_t birth;
    uint64_t id;

    void *stack;

    RB_ENTRY(_nty_coroutine) sleep_node;
    RB_ENTRY(_nty_coroutine) wait_node;

    TAILQ_ENTRY(_nty_coroutine) ready_next;
    TAILQ_ENTRY(_nty_coroutine) defer_next;

} nty_coroutine;

  排程器是管理所有協程執行的元件，協程與排程器的執行關係。

  排程器的屬性，需要有儲存CPU的暫存器上下文 ctx，可以從協程執行狀態yield到排程器執行的。從協程到排程器用yield，從排程器到協程用resume。

  以下為協程的定義。

typedef struct _nty_coroutine_queue nty_coroutine_queue;

typedef struct _nty_coroutine_rbtree_sleep nty_coroutine_rbtree_sleep;
typedef struct _nty_coroutine_rbtree_wait nty_coroutine_rbtree_wait;

typedef struct _nty_schedule {
    uint64_t birth;
nty_cpu_ctx ctx;

    struct _nty_coroutine *curr_thread;
    int page_size;

    int poller_fd;
    int eventfd;
    struct epoll_event eventlist[NTY_CO_MAX_EVENTS];
    int nevents;

    int num_new_events;

    nty_coroutine_queue ready;
    nty_coroutine_rbtree_sleep sleeping;
    nty_coroutine_rbtree_wait waiting;

} nty_schedule;

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