C/C++协程学习笔记丨C/C++实现协程及原理分析视频( 四 ) 协程

创建 socket ，监听在本机的 1024 端口，并设置为非阻塞；
主线程使用函数 readwrite_coroutine 创建多个读写协程，调用 co_resume 启动协程运行直到其挂起。这里我们忽略掉无关的多进程 fork 的过程；
主线程继续创建 socket 接收协程 accpet_co ，同样调用 co_resume 启动协程直到其挂起；
主线程调用函数 co_eventloop 实现事件的监听和协程的循环切换；

函数 readwrite_coroutine 在外层循环中将新创建的读写协程都加入到队列 g_readwrite 中，此时这些读写协程都没有具体与某个 socket 连接对应，可以将队列 g_readwrite 看成一个 coroutine pool 。当加入到队列中之后，调用函数 co_yield_ct 函数让出 CPU ，此时控制权回到主线程。
主线程中的函数 co_eventloop 监听网络事件，将来自于客户端新进的连接交由协程 accept_co 处理，关于 co_eventloop 如何唤醒 accept_co 的细节我们将在后续介绍。 accept_co 调用函数 accept_routine 接收新连接，该函数的流程如下：

检查队列 g_readwrite 是否有空闲的读写 coroutine ，如果没有，调用函数 poll 将该协程加入到 Epoll 管理的定时器队列中，也就是 sleep(1000) 的作用；
调用 co_accept 来接收新连接，如果接收连接失败，那么调用 co_poll 将服务端的 listen_fd 加入到 Epoll 中来触发下一次连接事件；
对于成功的连接，从 g_readwrite 中取出一个读写协程来负责处理读写；

再次回到函数 readwrite_coroutine 中，该函数会调用 co_poll 将新建立的连接的 fd 加入到 Epoll 监听中，并将控制流程返回到 main 协程；当有读或者写事件发生时， Epoll 会唤醒对应的 coroutine，继续执行 read 函数以及 write 函数。
上面的过程大致说明了控制流程是如何在不同的协程中切换，接下来我们介绍具体的实现细节，即如何通过 Epoll 来管理协程，以及如何对系统函数进行改造以满足 libco 的调用。
通过 Epoll 管理和唤醒协程Epoll 监听 FD
上一章节中介绍了协程可以通过函数 co_poll 来将 fd 交由 Epoll 管理，待 Epoll 的相应的事件触发时，再切换回来执行 read 或者 write 操作，从而实现由 Epoll 管理协程的功能。 co_poll 函数原型如下：
int co_poll(stCoEpoll_t *ctx, struct pollfd fds[],
nfds_t nfds, int timeout_ms)
stCoEpoll_t 是为 libco 定制的 Epoll 相关数据结构， fds 是 pollfd 结构的文件句柄， nfds 为 fds 数组的长度，最后一个参数表示定时器时间，也就是在 timeout 毫秒之后触发处理这些文件句柄。这里可以看到， co_poll 能够同时将多个文件句柄同时加入到 Epoll 管理中。我们先看 stCoEpoll_t 结构：
struct stCoEpoll_t
{
int iEpollFd; // Epoll 主 FD
static const int _EPOLL_SIZE = 1024 * 10; // Epoll 可以监听的句柄总数
struct stTimeout_t *pTimeout; // 时间轮定时器
struct stTimeoutItemLink_t *pstTimeoutList; // 已经超时的时间
struct stTimeoutItemLink_t *pstActiveList; // 活跃的事件
co_epoll_res *result; // Epoll 返回的事件结果
};
以 stTimeout_ 开头的数据结构与 libco 的定时器管理有关，我们在后面介绍。 co_epoll_res 是对 Epoll 事件数据结构的封装，也就是每次触发 Epoll 事件时的返回结果，在 Unix 和 MaxOS 下， libco 将使用 Kqueue 替代 Epoll ，因此这里也保留了 kevent 数据结构。
struct co_epoll_res
{
int size;
struct epoll_event *events; // for linux epoll
struct kevent *eventlist; // for Unix or MacOs kqueue
};
co_poll 实际是对函数 co_poll_inner 的封装。我们将 co_epoll_inner 函数的结构分为上下两半段。在上半段中，调用 co_poll 的协程 CC 将其需要监听的句柄数组 fds 都加入到 Epoll 管理中，并通过函数 co_yield_env 让出 CPU；当 main 协程的事件循环 co_eventloop 中触发了 CC 对应的监听事件时，会恢复 CC的执行。此时， CC 将开始执行下半段，即将上半段添加的句柄 fds 从 epoll 中移除，清理残留的数据结构，下面的流程图简要说明了控制流的转移过程：

文章插图
有了上面的基本概念，我们来看具体的实现细节。 co_poll 首先在内部将传入的文件句柄数组 fds 转化为数据结构 stPoll_t ，这一步主要是为了方便后续处理。该结构记录了 iEpollFd ， ndfs ， fds 数组，以及该协程需要执行的函数和参数。有两点需要说明的是：

对于每一个 fd ，为其申请一个 stPollItem_t 来管理对应 Epoll 事件以及记录回调参数。 libco 在此做了一个小的优化，对于长度小于 2 的 fds 数组，直接在栈上定义相应的 stPollItem_t 数组，否则从堆中申请内存。这也是一种比较常见的优化，毕竟从堆中申请内存比较耗时；
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