?協程（coroutine），是為了把epoll異步事件變成同步的一種編程模式。

它的出現也就近幾年的事，是隨著go語言而提出的一種編程模式。

因為異步事件編程的可讀性比較差，然后就有了協程。

協程，也被稱為用戶態的進程。

協程的調度，跟Linux內核對進程的調度是類似的。

1，不管是協程、進程、線程，它們都有一個要運行的函數，以及相關的上下文。

函數是它們要運行的代碼，上下文是它們的運行狀態。

pthread庫對線程函數的定義是void* (*run)(void*)，它是一個參數和返回值都是void*的函數指針：

這么定義的線程函數，可以給它傳遞任何類型的參數，也可以從它獲取任何類型的返回值。

這個函數，就是線程要運行的函數。

如果是進程的話，main()函數就是它要運行的進程函數。

任何不使用fork()系統調用的進程，都是從main()函數開始運行的。

fork()系統調用之后的（父）子進程，會運行fork()返回之后的代碼，例如：

pid_t cpid = fork();
if (-1 == cpid) printf("fork error\n");
else if (0 == cpid) { // 子進程的代碼 }
else { // 父進程接下來的代碼}

協程也跟進程、線程類似，也有一個要運行的函數。

另外，無論進程、線程、協程都有一個運行的狀態上下文：

這個上下文里最重要的數據，就是棧！?

Linux內核的進程的內存布局

函數的局部變量是分配在棧上的，函數調用的返回地址也是在棧上的，各種寄存器也是保存在棧上的。

對于一個正在運行的函數來說，棧必須是獨立的，不能與其他函數共享：因為運行著的函數會隨時修改棧上的數據。

不管是線程、進程、協程，都是這樣。

同一個進程內的不同線程之間雖然會共享全局變量和堆內存，但棧是不能共享的。

在Linux上，線程和進程除了共享全局變量和堆之外，基本上是一回事。

在Linux內核里，它們都用上圖的數據結構描述：

1）最早是4096字節（1個內存頁），后來擴展到8k字節（2個頁）。

2）這8k內存的低地址是進程的描述結構，也就是main()函數運行時需要的信息。

這8k內存的高地址，是進程在內核里運行時（例如執行系統調用時）的（內核）棧。

這兩部分加起來，就是進程的上下文。

所以，在給Linux內核寫模塊時，代碼里不能使用很大的局部變量，以免把進程的描述結構給覆蓋了！

char buf[4096];

這樣的代碼是不能寫在內核里的，因為局部變量的內存是分配在棧上的，而內核給每個進程配備的棧都很小（8k）。

這一個buf數組就占了4k，那函數調用稍微復雜一點，就可能把低地址的進程結構給覆蓋了。

Linux內核在調度進程的時候，就是不斷地切換上圖的數據結構，從而讓多個進程可以交替運行。

因為調度間隔遠小于人眼能察覺的時間間隔，所以即使在單核CPU上，在人看來也是多進程同時運行的。

2，協程的實現

多個協程要想在用戶態交替運行，也必須為每個協程配備不同的棧。

多個協程都隸屬于同一個進程，而進程棧的位置是被操作系統提前分配好了的。

所以，為每個協程配備棧的時候，每個棧的內存范圍必須在進程棧的范圍內。

有棧協程的內存布局

如上圖：

你說要在“進程”的棧上給協程提前開多大的空間？

每個協程的棧又要預留多大？

預留小了，協程函數的局部變量把協程的描述結構覆蓋了的事，也會發生的。

預留大了，同一個進程所能支持的總協程數就會減少。

而且，程序員的用戶態代碼一般都比內核代碼更粗放。

寫個用戶態代碼，還不讓我這么開緩沖區 char buf[1024*1024]，能行嗎？?

沒有哪個程序員愿意，寫個用戶代碼還像寫內核驅動一樣戰戰兢兢的。

所以，有棧協程的劣勢非常明顯！

1）首先，每個進程支持的協程個數是有限的，而不是無限的。

大多數情況下，雖然用戶代碼要開的協程個數也不至于突破上限，但畢竟它是個有限集，不是個可數集。

這對用戶代碼的限制還是比較大的。

有這么個限制，在創建協程的時候就要每次都檢查是否成功。

代碼就是這樣的：

int ret = coroutine_create();
if (ret < 0) {
printf("error\n");
return -1;
}

而不是這樣的：

coroutine_create();

否則代碼就不完善，因為沒有處理異常情況。

2）萬一協程函數里有復雜的遞歸，協程的棧溢出了，那么就可能覆蓋多個協程的數據，導致程序掛了。

可以預見，這種掛的位置幾乎肯定不是第一現場！

這種BUG查起來，還是非常麻煩的。

不掛在第一現場的內存BUG，都是C語言里很難查的BUG，它很大可能是隨機的?

然后，就有了無棧協程。

3，無棧協程

無棧協程的實現也很簡單，只要在切換協程之前，把當前協程的棧數據保存到堆上就可以了。

每個協程的上下文都是用malloc()申請的堆內存，在上下文里預留一個空間，在切換協程時把（當前協程的）棧數據保存到這個預留空間里。

當協程再次被調度運行時，把上次的棧數據從（協程的）上下文里復制到進程棧上，協程就可以再次運行了。

無棧協程的內存布局

如上圖，協程0掛起，協程1被調度運行：

1）先把進程棧上的數據復制到協程0的上下文里。

這時進程棧上的數據，全是協程0的棧數據。

協程的上下文是malloc()申請的堆內存，如果棧數據太大的話，是可以用realloc()再次分配更大的內存的。

這就打破了協程棧的大小固定的缺陷。

每個協程可以使用的棧大小，只受制于進程的棧的大小。

2）當協程的棧不再受到限制之后，可以創建的協程數量也只受制于進程的堆的大小。

只有整個進程的堆內存被耗盡之后，協程的創建和運行才會沒法進行。

我在scf編譯器框架里附帶的那個協程的實現，就是無棧協程?

它在scf/coroutine目錄。

2021年的5月份我就想到了這些問題，并且給了解決的代碼，在github和gitee的scf代碼都有。

2022年以來，我沒往github上更新代碼，目前gitee上的scf是最新的。