Coroutine及其实现

线程是内核对外提供的服务，应用程序可以通过系统调用让内核启动线程，由内核来负责线程调度和切换。线程在等待IO操作时线程变为unrunnable状态会触发上下文切换。现代操作系统一般都采用抢占式调度，上下文切换一般发生在时钟中断和系统调用返回前，调度器计算当前线程的时间片，如果需要切换就从运行队列中选出一个目标线程，保存当前线程的环境，并且恢复目标线程的运行环境，最典型的就是切换ESP指向目标线程内核堆栈，将EIP指向目标线程上次被调度出时的指令地址。

    协程也叫用户态线程，协程之间的切换发生在用户态。在用户态没有时钟中断，系统调用等机制，那么协程切换由什么触发？调度器将控制权交给某个协程后，控制权什么时候回到调度器，从而调度另外一个协程运行？ 实际上，这需要协程主动放弃CPU，控制权回到调度器，从而调度另外一个协程运行。所谓协作式线程(cooperative)，需要协程之间互相协作，不需要使用CPU时将CPU主动让出。

    协程切换和内核线程的上下文切换相同，也需要有机制来保存当前上下文，恢复目标上下文。在POSIX系统上，getcontext/makecontext/swapcontext等可以用来做这件事。

    协程带来的最大的好处就是可以用同步的方式来写异步的程序。比如协程A，B：A是工作协程，B是网络IO协程(这种模型下，实际工作协程会比网络IO协程多)，A发送一个包时只需要将包push到A和B之间的一个channel，然后就可以主动放弃CPU，让出CPU给其它协程运行，B从channel中pop出将要发送的包，接收到包响应后，将结果放到A能拿到的地方，然后将A标识为ready状态，放入可运行队列等待调度，A下次被调度器调度就可以拿到结果继续做后面的事情。如果是基于线程的模型，A和B都是线程，通常基于回调的方式，1. A阻塞在某个队列Q上，B接受到响应包回调A传给B的回调函数f，回调函数f将响应包push到Q中，A可以取到响应包继续干活，如果阻塞基于cond等机制，则会被OS调度出去，如果忙等，则耗费CPU。2. A可以不阻塞在Q上，而是继续做别的事情，可以定期过来取结果。 这种情况下，线程模型业务逻辑其实被打乱了，发包和取包响应的过程被隔离开了。

   实现协程库的基本思路很简单，每个线程一个调度器，就是一个循环，不断的从可运行队列中取出协程，并且利用swapcontext恢复协程的上下文从而继续执行协程。当一个协程放弃CPU时，通过swapcontext恢复调度器上下文从而将控制权归还给调度器，调度器从可运行队列选择下一个协程。每个协程初始化通过getcontext和makecontext，需要的栈空间从堆上分配即可。