公司网站域名怎么取,互联网创业项目怎么做,恩施网站建设,wordpress优化思路【Linux】协程简介 一、什么是协程#xff1f;简介优点 二、为什么使用协程#xff1f;三、协程的种类1、对称协程2、非对称协程 四、协程栈1、静态栈2、分段栈3、共享栈4、虚拟内存栈 五、协程调度1、栈式调度2、星切调度3、环切调度 六、常见协程库参考文献 一、什么是协程… 【Linux】协程简介 一、什么是协程简介优点 二、为什么使用协程三、协程的种类1、对称协程2、非对称协程 四、协程栈1、静态栈2、分段栈3、共享栈4、虚拟内存栈 五、协程调度1、栈式调度2、星切调度3、环切调度 六、常见协程库参考文献 一、什么是协程 首先回忆一下线程的概念 线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。被包含在进程之中是进程的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流一个进程可以并发执行多个线程每个线程会执行不同的任务。 简介
协程可以理解为一种用户态的轻量级线程切换由用户定义各任务之间可以控制执行、暂停、恢复函数来达到多任务协作的目的协程上下文切换速度快, 且不会陷入内核态协程拥有独立的寄存器上下文和栈协程调度切换时将寄存器上下文和栈在来回切换时恢复先前保存的寄存器上下文和栈。一个线程中可以有多个协程协程是运行在线程之中的逻辑处理单元。协程在线程里的运行是串行的。协程之间的调度通过调度器或者自己主动放开对CPU的占有让给其他协程。
优点
协程具有极高的执行效率由于子程序切换不是线程切换是由程序自身控制故协程没有线程切换的开销多线程的线程数越多协程的性能越显著访问共享资源不需要使用多线程的锁机制和变量冲突由于只有一个线程故在协程只需要判断状态即可降低了编码难度以同步代码的方式写异步逻辑
二、为什么使用协程
为什么使用协程我们先从server框架的实现说起对于client-server的架构server最简单的实现如下。即串行地接收连接、读取请求、处理、应答。该实现弊端显而易见server同一时间只能为一个客户端服务。
while(1) {accept();recv();do();send();}为充分利用好多核cpu进行任务处理我们有了多进程/多线程的server框架这也是server最常用的实现方式 accept进程 - n个epoll进程 - n个worker进程
accpet进程处理到来的连接并将fd交给各个epoll进程epoll进程对各fd设置监控事件当事件触发时通过共享内存等方式将请求传给各个worker进程worker进程负责具体的业务逻辑处理并回包应答
以上框架以事件监听、进程池的方式解决了多任务处理问题但我们还可以对其作进一步的优化。
进程/线程是Linux内核最小的调度单位一个进程在进行io操作时 (常见于分布式系统中RPC远程调用)其所在的cpu也处于iowait状态。直到后端svr返回或者该进程的时间片用完、进程被切换到就绪态。是否可以把原本用于iowait的cpu时间片利用起来发生io操作时让cpu处理新的请求以提高单核cpu的使用率
协程在用户态下完成切换由程序员/调度器完成调度结合对socket类/io操作类函数挂钩子、添加事件监听为以上问题提供了解决方法。
三、协程的种类
协程目前分两种一种是go语言采用的对称协程一种是libco采用的非对称协程。 yield 协程执行到⼀半就退出暂时让出CPU执行权。 resume 协程重新恢复运行。
1、对称协程
这里借用知乎博主tx征服者的图来向大家说明
对称协程其实就是由协程调度器来负责协程不允许调度其他协程。 调度器resume协程A那么协程A会yeild回调度器再由调度器去执行其他的协程。如果我们把resume的虚线都放在左边yeild的实线都放在右边。以调度器为中心那么他是不是就是一个对称的图形呢
2、非对称协程
我们再来看一下非对称协程 非对称调度由调度器来调度协程A然后协程A再调动协程B。 那么Byeild让出CPU使用权就不是让给调度器了而是协程A。简而言之就是从哪儿来回哪儿去。同样将此展开也不是一个对称的图形了。
四、协程栈
1、静态栈
固定大小的栈容易造成溢出等现象。
2、分段栈
插入栈内存检测代码若栈不够用则申请新内存扩展但该方法难以在第三方库中进行使用。
3、共享栈
申请一块大内存作为共享栈在运行前先把协程栈的内存copy到共享栈中运行结束后再计算协程栈真正使用的内存copy出来保存起来这样每次只需保存真正使用到的栈内存量即可。
优点该方案极大程度上避免了内存的浪费做到了用多少占多少同等内存条件下可以启动的协程数量更多。
缺点但该方案在copy上花费了时间降低速度导致协程切换慢。
4、虚拟内存栈
机制进程申请的内存并不会立即被映射成物理内存而是仅管理于虚拟内存中真正对其读写时会触发缺页中断此时才会映射为物理内存 可以做到用多少占多少冗余不超过一个内存页大小。
五、协程调度
1、栈式调度
协程队列是一个栈式结构创建的协程都置于栈顶并且会立即暂停当前协程并切换至子协程中运行子协程运行结束后继续切换回来执行父协程越是栈底部的协程被调度到的机会将越少甚至出现只有栈顶的协程在互相切换。
2、星切调度
调度线程 - 协程A - 调度线程 - 协程B - 调度线程 - … 将当前可调度的协程组织成队列按顺序从头部取出协程调度新协程则从尾部入队调度后再将协程从尾部入队。
3、环切调度
调度线程 - 协程A - 协程B - 协程C - 协程D - 调度线程 - … 从调度顺序上可知环切的切换次数仅为星切的一半可以提高整体切换速度但在多线程调度、WorkSteal方面会带来一定的挑战。
六、常见协程库
boost.context 提供了上下文的抽象并给了两种方式fiber和call/cc的方式保留和执行上下文切换; 性能佳推荐使用切换性能可达到1.25亿次/秒。
boost.coroutine 提供的协程只能单向传递数据数据只能单向的从一个代码块流向另一个代码块。流入流出分别对应着push_type和pull_type类型由这两个类型组成协程间跳转的通道同时也是数据传递的通道。
ucontext 该库是在unix下提供的使用是最安全可靠但性能较差大概200万次/秒。
fiber 该库是在window下提供的与ucontext类似。
libco 腾讯开源的c协程库。
libgo libgo为了有更广阔的适用性支持了多线程调度、HookSyscall、Worksteal等同时突破了传统协程库仅用来处理网络io密集型业务的局限也能适用于cpu密集型业务充当并行编程库来使用。
参考文献
协程 及 libco 介绍 ucontext-人人都可以实现的简单协程库 协程学习对称和非对称 Linux【协程】 | 常见协程库简介
