协程

引言

在使用socket编程时，我们会用到accept、connect、recv、send等函数，这些函数在没有数据到达时，会阻塞等待IO数据的到达。 这不利于我们处理多个连接并快速响应。一种方案是，服务端每accept一个连接，就创建一个新的线程用来处理这个连接。这会导致线程过多， 而且线程之前切换开销很大。这就可以使用到协程了。当然不止socket这种可以使用协程，IO密集型都可以使用协程，无论是网络IO还是其他IO。

协程

协程可以理解为用户态的非抢占线程。

特点

用户态:协程是在用户态实现调度。
轻量级:协程不用内核调度，内核态与用户态之间切换。
非抢占:协程是由用户自己实现调度，并且同一时间只能有一个协程在执行，协程自己主动交出CPU的。

优缺点

• 优点：
  • 协程切换的时候开销小，用户态且轻量
  • 非抢占式，不用加很多锁，减小复杂度，不用很复杂的处理线程同步问题。
• 缺点：
  • 协程不能利用多核，只能使用单核，因为同时只有一个协程在运行。

适用场景

IO密集型。 在IO密集的情况下，协程的开销比线程小，能快速实现调度。 协程不适用于计算密集型，协程不能很好的利用多核cpu。

ucontext组件

linux下在头文件ucontext.h 提供了getcontext(),setcontext(),makecontext(),swapcontext()四个函数和mcontext_t和ucontext_t结构体。
其中mcontext_t与机器相关。ucontext_t结构体如下（一般在/usr/include下）：

typedef struct ucontext
{
    unsigned long int uc_flags;
    struct ucontext *uc_link;
    stack_t uc_stack;
    mcontext_t uc_mcontext;
    __sigset_t uc_sigmask;
    struct _libc_fpstate __fpregs_mem;
} ucontext_t;

其中uc_link指向下文，及当前上下文（可以理解为执行状态）执行完了，恢复运行的上下文;
uc_sigmask为该上下文中的阻塞信号集合;
uc_stack为该上下文中使用的栈;
uc_mcontext保存的上下文的特定机器表示，包括调用线程的特定寄存器等。
通过栈式计算机原理，我们可以知道，保存栈区和所有通用寄存器的值就可以保存程序运行的状态。这里uc_mcontext就是用来保存所有的寄存器的值的。而我们把栈设置到uc_stack所指向的内存， uc_stack就保存了栈的状态。

ucontext的4个函数介绍

int getcontext(ucontext_t *ucp);
获取当前上下文，初始化ucp结构体，将当前的上下文保存到ucp中。如果执行成功，返回0。执行失败返回-1。
int setcontext(const ucontext_t *ucp);
设置当前上下文，设置当前的上下文为ucp, 恢复ucp的执行状态。如果ucp执行完了，会恢复到uc_link所指向的上下文，若uc_link为NULL，则线程退出。如果执行成功，不返回。执行失败返回-1。
void makecontext(ucontext_t *ucp, void (*func)(), int argc, ...);
创建上下文，修改通过getcontext取得的上下文ucp, 然后给该上下文指定一个栈空间ucp->stack，设置后继的上下文ucp->uc_link。
int swapcontext(ucontext_t *oucp, ucontext_t *ucp);
切换上下文，保存当前上下文到oucp结构体中，然后激活upc上下文。 如果执行成功，不返回。执行失败返回-1。

#include <stdio.h>
#include <ucontext.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc,char * argv[]){
        ucontext_t context;
        getcontext(&context);
        puts("Hello World");
        sleep(1);
        setcontext(&context);
        return 0;
}