重写Sylar基于协程的服务器(3、协程模块的设计)

重写Sylar基于协程的服务器(3、协程模块的设计)

重写Sylar基于协程的服务器系列:

重写Sylar基于协程的服务器(0、搭建开发环境以及项目框架 || 下载编译简化版Sylar)

重写Sylar基于协程的服务器(1、日志模块的架构)

重写Sylar基于协程的服务器(2、配置模块的设计)

重写Sylar基于协程的服务器(3、协程模块的设计)

前言

关于线程以及线程并发的封装在此略过,该部分比较简单,有兴趣的朋友可以看一下我原来写的Muduo的博客:muduo源码阅读笔记(2、对C语言原生的线程安全以及同步的API的封装)、muduo源码阅读笔记(3、线程和线程池的封装),或者直接阅读本文配套的简化版sylar的源码:https://github.com/LunarStore/lunar。

协程模块的设计与实现

协程的状态定义

协程分为:初始化状态、执行状态、阻塞状态、就绪状态、结束状态、异常状态。定义如下:

enum State{INIT,   // 初始化EXEC,   // 执行HOLD,   // 阻塞READY,  // 就绪TERM,   // 结束EXCE    // 异常
};

协程的状态机

任务协程:

一个任务协程运行时,可能的状态机图,如下图:

任务协程的状态机

可能跟着协程调度模块、io协程调度模块走一遍调度任务协程的流程后,才能清晰的理解该图的意义,这里可以先以整体的视角,看一看一个任务协程的状态切换时机即可。笔者能力有限,不足的地方可以在评论区指出

调度协程&&Idle协程:

正常情况下,调度协程和Idle协程的状态机如下图:

调度协程和Idle协程的状态机

协程模块的设计如下

总体来讲,协程模块(Fiber类)主要就是对ucontext_t提供的getcontext、makecontext、swapcontext等函数做了一个封装,为了简化后续调度模块使用协程。要讲清楚协程模块,不得不引入类型为Finer::ptr(就是Fiber对象的智能指针)三个重要的线程全局变量,分别是:线程原始协程(t_threadFiber)、线程当前正在运行的协程(t_fiber)、调度协程(t_scheRunFiber),这三个全局变量在每个线程中都会拥有一份,独立于其他线程。由于引入了协程的概念,我们就应该弱化线程的概念,以一切皆是协程的思想去编写代码。所以一个线程在被创建时,它原始的上下文就可以作为一个协程,我们把它的上下文保存在t_threadFiber中,这样可以待线程的其他协程执行完毕,再切换回来。具体类的设计如下:

  1. 构造函数,用户在构造一个协程时,会传入协程的回调函数、协程堆栈大小、指明协程在切入去执行时是和哪个协程做切换(t_threadFiber或者t_scheRunFiber),这里额外再解释一下,因为一个协程的切入可以看成是在另一个协程中进行的,所以一个协程在切入执行前,首先要保存先前协程的上下文,因为我们实现的协程服务器是有调度器的,而且每个线程会执行调度协程进行任务协程的调度,所以,一般任务协程在切入执行前,是要先将上下文保存在t_scheRunFiber中,再将上下文修改成任务协程的上下文。待任务协程执行完毕或者阻塞,再反向操作,先将上下文保存到任务协程中,再将上下文还原成t_scheRunFiber去调度其他协程。
    协程初始化首先会调用getcontext初始化m_ctx成员变量,该成员变量是保存协程的上下文核心数据结构,然后调用makecontext将协程上下文设置成静态成员函数MainFun,在静态成员函数MainFun中,会通过线程局部变量t_fiber(切入时设置)获取到协程当前运行的协程对象,进而回调用户传来的call back函数。

  2. 协程默认构造,该构造是私有化的,专门为线程原始的协程打造,内部只调用getcontext函数。

  3. swapIn成员函数,根据用户指定调用swapcontext,和t_threadFiber做切换或者和t_scheRunFiber做切换。

    协程切入伪代码:

    伪代码

  4. swapOut成员函数,协程切换回t_threadFiber或t_scheRunFiber时使用,也是调用swapcontet。

    协程切出伪代码:

    伪代码

  5. yieldToHold/yieldToReady,设置协程状态然后调用swapOut。


下一章将介绍协程调度模块

感兴趣的同学,可以阅读一下本文实现的源码:https://github.com/LunarStore/lunar


本章完结

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