早在很久之前第一份工作，就接触使用过协程，对它只有只可理解不可言说的概念，这里通过对ntyco协程代码的理解，梳理一下自己对协程的理解。
1：协程的概念
总是把协程俗称为用户态线程，我的理解是，协程依托于线程上执行子例程，由用户态把控协程的调度及上下文。
2：协程的性能
协程的性能差不多和线程池的性能相同，差不到哪里去（多线程有线程调度切换开销，协程有管理节点的内存消耗）
总结：协程同步的变成方式，可以达到异步的性能。
3：什么时候使用协程
百科上说：适合于用来实现彼此熟悉的程序组件，如合作式多任务，迭代器，无限列表和管道。
我想了想，这个使用场景其实还是没有明确的理解：能使用协程解决的问题，一般都可用多线程线程池的方式去替代。
协程可以处理一些上下文相关的io任务，不用关心同步资源共享的问题，处理IO密集型任务，对计算机cpu消耗不高的任务。
协程可以配合网络IO一起使用，IO的底层控制其实是epoll，所以性能上的提升应该也有限制。
4：ntyco中协程的实现
1：协程实现关注的技术点：
1：协程的结构如何定义。
2：协程的内存如何存储，初始化寄存器。
3：协程的如何调度切换。
4：如果管理协程状态调度节点，协程的使用逻辑（模拟文件描述符用epoll管理）。
2：具体分析协程的实现
1：概述：从业务流程思考
1：创建协程
2：任务的执行，调用回调函数和函数参数
3：多个协程，多个回调函数之间的切换。 ==》保存上一个协程的信息，和当前执行的协程，实现切换
4：协程的销毁，资源释放。
2：协程的结构
1：协程的节点：
寄存器中保存节点正在执行函数的上下文，执行的回调函数，函数参数
依托于线程，要保存线程栈空间的大小，栈地址
其他：协程的创建时间戳，协程的id，函数名，网络io处理相关等。
typedef void(* proc_coroutine)(void*); typedef struct _nty_coroutine{ nty_cpu_ctx ctx; //寄存器中的信息 proc_coroutine * func; //真正执行的回调函数 void * arg; //回调函数对应的参数 void *stack; //线程栈的管理 size_t stack_size; size_t last_stack_size; uint64_t birth; //协程的创建时间，一些标识 uint64_t id; char funcname[64]; uint32_t ops; //正在运行标志 nty_coroutine_status status; //协程当前的状态 struct _nty_schedule *sched; //协程的管理节点 }nty_coroutine;
1.1 寄存器中保存上下文关系的结构定义： (由汇编代码实现寄存器的切换，实现协程的切换)
//寄存器中保存的cpu中的设置： typedef struct _nty_cpu_ctx { void *esp; // void *ebp; void *eip; void *edi; void *esi; void *ebx; void *r1; void *r2; void *r3; void *r4; void *r5; } nty_cpu_ctx;
2：协程的管理节点：
协程的状态： 就绪，等待，睡眠，正在执行，
用两个红黑树管理睡眠和等待的协程，用队列管理准备就绪的协程，用链表管理正在执行的协程（其实一个元素就够了）
其他管理：创建时间，个数，协程切换时间，内存地址，页大小（管理内存）
保存正在执行的寄存器上下文，执行中。 ==》其实也就是当前协程
//协程的管理节点 typedef struct _nty_schedule{ nty_cpu_ctx ctx; //最近一次resume的协程的内容 nty_coroutine *curr_thread; //当前执行的协程 ==》配合控制协程的切换 void * stack; size_t stack_size; //每个协程分配的内存的大小 int page_size; //内存分页的大小 与栈内存做对比处理 uint64_t birth; int spawned_coroutines; uint64_t default_timeout; //epoll处理 用eventfd 文件描述符的形式管理了红黑树节点 int poller_fd; int eventfd; //好像没有用到该节点 不用保存加入epoll中的fd struct epoll_event eventlist[NTY_CO_MAX_EVENTS]; //触发事件 int num_new_events; //触发事件个数 //用到的相关结构红黑树： nty_coroutine_rbtree_sleep sleeping; nty_coroutine_rbtree_wait waiting; //用到的相关队列 nty_coroutine_queue ready; //管理正在执行的链表 nty_coroutine_link busy; }nty_schedule;
3：协程的创建及初始化
1：初始化管理节点 nty_schedule，一组协程节点管理只需要一个
在协程节点中实际触发。
pthread_key_create，pthread_setspecific和pthread_getpecific实现线程中不同的函数共享数据的方式，并设置资源的释放 ==》这里可以用函数的返回值返回结构形式代替，自己管理释放。
2：协程节点的初始化。 ==》为协程分配内存，处理寄存器节点执向该内存。
创建一个协程节点，申请内存，放入就绪队列中等待触发。
使寄存器节点中信息指向该内存。 ==》这里的内存与寄存器还没有关联，需要做一定的处理
ESP 专门用作堆栈指针，被形象地称为栈顶指针，堆栈的顶部是地址小的区域，压入堆栈的数据越多，ESP也就越来越小。在32位平台上，ESP每次减少4字节。 esp：寄存器存放当前线程的栈顶指针 ebp：寄存器存放当前线程的栈底指针 eip：寄存器存放下一个CPU指令存放的内存地址，当CPU执行完当前的指令后，从EIP寄存器中读取下一条指令的内存地址，然后继续执行。
3：触发执行
1：主要的控制调度的两个函数，内部都是同样的线程切换逻辑。
void nty_coroutine_yield(nty_coroutine *co); //该协程睡眠 修改运行标志，切换下一个运行 //调用switch函数进行切换 int nty_coroutine_resume(nty_coroutine *co); //恢复协程的执行 根据标志，进行初始化寄存器位置，切换执行，资源释放。 根据页管理内存 //resume对没有执行过的协程的处理 初始化寄存器位置 //resume对已经执行过的协程的处理 直接调用switch函数进行切换
2：核心模块：汇编实现的协程切换（切换寄存器中的信息）
操作的结构：实际上就是每个协程节点中保存的寄存器信息。
与当前寄存器中的信息进行交换处理：
x86_64 的寄存器有16个64位寄存器，分别是：%rax, %rbx, %rcx, %esi, %edi, %rbp, %rsp, %r8, %r9, %r10, %r11, %r12, %r13, %r14, %r15。 %rax 作为函数返回值使用的。 %rsp 栈指针寄存器，指向栈顶 %rdi, %rsi, %rdx, %rcx, %r8, %r9 用作函数参数，依次对应第1参数，第2参数。。。 %rbx, %rbp, %r12, %r13, %r14, %r15 用作数据存储，遵循调用者使用规则，换句话说，就是随便用。调用子函数之前要备份它，以防它被修改 %r10, %r11 用作数据存储，就是使用前要先保存原值。 //实现两部分功能 先保存寄存器中的值，再恢复到寄存器中 //第一个参数要运行的协程， 第二个为正在运行的协程 int _switch(nty_cpu_ctx *new_ctx, nty_cpu_ctx *cur_ctx); __asm__ ( " .text \n" " .p2align 4,,15 \n" ".globl _switch \n" ".globl __switch \n" "_switch: \n" "__switch: \n" " movq %rsp, 0(%rsi) # save stack_pointer \n" " movq %rbp, 8(%rsi) # save frame_pointer \n" " movq (%rsp), %rax # save insn_pointer \n" " movq %rax, 16(%rsi) \n" " movq %rbx, 24(%rsi) # save rbx,r12-r15 \n" " movq %r12, 32(%rsi) \n" " movq %r13, 40(%rsi) \n" " movq %r14, 48(%rsi) \n" " movq %r15, 56(%rsi) \n" " movq 56(%rdi), %r15 \n" " movq 48(%rdi), %r14 \n" " movq 40(%rdi), %r13 # restore rbx,r12-r15 \n" " movq 32(%rdi), %r12 \n" " movq 24(%rdi), %rbx \n" " movq 8(%rdi), %rbp # restore frame_pointer \n" " movq 0(%rdi), %rsp # restore stack_pointer \n" " movq 16(%rdi), %rax # restore insn_pointer \n" " movq %rax, (%rsp) \n" " ret \n" ); 按照x86_64的寄存器定义， %rdi保存第一个参数的值，即new_ctx的值， %rsi保存第二个参数的值，即保存cur_ctx的值。 X86_64每个寄存器是64bit，8byte。 Movq %rsp, 0(%rsi) 保存在栈指针到cur_ctx实例的rsp项 Movq %rbp, 8(%rsi) Movq (%rsp), %rax #将栈顶地址里面的值存储到rax寄存器中。Ret后出栈，执行栈顶 Movq %rbp, 8(%rsi) #后续的指令都是用来保存CPU的寄存器到new_ctx的每一项中 Movq 8(%rdi), %rbp #将new_ctx的值 Movq 16(%rdi), %rax #将指令指针rip的值存储到rax中 Movq %rax, (%rsp) # 将存储的rip值的rax寄存器赋值给栈指针的地址的值。 Ret # 出栈，回到栈指针，执行rip指向的指令。
3：nty_coroutine_yield 和nty_coroutine_resume函数细节
只有这两个函数调用协程的切换，控制了协程的调度。
nty_coroutine_yield ：保存寄存器中的值，让出cpu，执行到最近的resume
==》这里应该获取一个协程，然后进行切换的。
nty_coroutine_resume：第一次的初始化，协程中初始化寄存器信息，切换cpu，执行该协程。
整个调度控制由nty_coroutine_resume+协程数据结构控制。
4：调度控制 nty_schedule_run
1：判断管理节点中各数据结构中是否有相关的任务。
2：处理睡眠到时的协程，进行触发执行，红黑树结构
3：处理准备就绪的协程，进行触发执行，队列结构。
4：处理有事件触发的协程，进行触发执行，红黑树结构。 ==》多于网络io配合
nty_coroutine_resume 函数触发的执行。
5：资源的销毁：
1：协程节点的资源销毁：根据状态调度销毁函数。
2：管理节点的资源销毁：通过pthread_once函数进行设置，销毁堆内存。
4：协程与网络IO适配使用
ntyco中对网络通信相关的api做了相关的处理，实现了一套以协程为机制的套接字处理方案。
主要函数如下：
其实主要业务逻辑就是把本次的fd进行加入epoll中，并管理自己的红黑树节点加入
处理已经触发的一个业务。
删除已经触发的业务的epoll监听和红黑树管理
static int nty_poll_inner(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout) { if (timeout == 0) { return poll(fds, nfds, timeout); //这里没有用到poll的相关处理 } if (timeout < 0) { timeout = INT_MAX; } nty_schedule *sched = nty_coroutine_get_sched(); nty_coroutine *co = sched->curr_thread; int i = 0; for (i = 0;i < nfds;i ++) { struct epoll_event ev; ev.events = nty_pollevent_2epoll(fds[i].events); //与poll兼容，把事件转为epoll ev.data.fd = fds[i].fd; epoll_ctl(sched->poller_fd, EPOLL_CTL_ADD, fds[i].fd, &ev); //fd加入epoll中 co->events = fds[i].events; nty_schedule_sched_wait(co, fds[i].fd, fds[i].events, timeout); //把fd与协程关联，并加入红黑树中 } //特别注意，这个很关键，虽然参数没变，但是其实内部已经切换了下一个协程，最近resume的协程 nty_coroutine_yield(co); for (i = 0;i < nfds;i ++) { struct epoll_event ev; ev.events = nty_pollevent_2epoll(fds[i].events); ev.data.fd = fds[i].fd; epoll_ctl(sched->poller_fd, EPOLL_CTL_DEL, fds[i].fd, &ev); //已经执行了这个协程事件，所以在epoll中移除该节点 nty_schedule_desched_wait(fds[i].fd); //从事件触发wait红黑树中删除该协程 } return nfds; }
5：扩展及相关demo
扩展：可以使用多线程，多进程（绑核）的方式实现多协程。
ntyco中的demo运行可以适配理解协程的实现逻辑，尤其是网络io相关的demo。
