我们来思考个问题。

协程的运行状态包含{就绪，睡眠，等待}，运行体回调函数，回调参数，栈指针，栈大小，当前运行体。

调度器的运行状态包含{就绪，睡眠，等待}，一个运行体如何高效地在多种状态集合更换。 调度器与运行体的功能界限。

协程的运行状态

新创建的协程， 创建完成后， 加入到就绪集合， 等待调度器的调度；

TAILQ_INSERT_TAIL(&co->sched->ready, co, ready_next);

协程在运行完成后，进行 IO 操作，此时 IO 并未准备好，进入等待状态集合；

RB_FIND(_nty_coroutine_rbtree_wait, &sched->waiting, &find_it);

IO 准备就绪，协程开始运行，后续进行 sleep 操作，此时进入到睡眠状态集合。

RB_MIN(_nty_coroutine_rbtree_sleep, &sched->sleeping);

就绪(ready)， 睡眠(sleep)， 等待(wait)集合该采用如何数据结构来存

储？

就绪(ready)集合并不没有设置优先级的选型， 所有在协程优先级一致， 所以可以使用队列来存储就绪的协程， 简称为就绪队列（ready_queue）。

#define	TAILQ_LAST(head, headname)							\	(*(((struct headname *)((head)->tqh_last))->tqh_last))

睡眠(sleep)集合需要按照睡眠时长进行排序，采用红黑树来存储， 简称睡眠树(sleep_tree)红黑树在工程实用为<key, value>, key 为睡眠时长，value 为对应的协程结点。

等待(wait)集合，其功能是在等待 IO 准备就绪，等待 IO 也是有时长的，所以等待(wait)集合采用红黑树的来存储，简称等待树(wait_tree)，此处借鉴 nginx 的设计。

#define RB_INSERT(name, x, y)	name##_RB_INSERT(x, y)#define RB_REMOVE(name, x, y)	name##_RB_REMOVE(x, y)#define RB_FIND(name, x, y)	name##_RB_FIND(x, y)#define RB_NFIND(name, x, y)	name##_RB_NFIND(x, y)#define RB_NEXT(name, x, y)	name##_RB_NEXT(y)#define RB_PREV(name, x, y)	name##_RB_PREV(y)#define RB_MIN(name, x)		name##_RB_MINMAX(x, RB_NEGINF)#define RB_MAX(name, x)		name##_RB_MINMAX(x, RB_INF)

数据结构如图所示:

Coroutine就是协程的相应属性，status表示协程的运行状态。sleep与wait两颗红黑树，ready使用的队列，比如某协程调用sleep函数，加入睡眠树(sleep_tree)，status |= S即可。比如某协程在等待树(wait_tree)中，而IO准备就绪放入ready队列中，只需要移出等待树(wait_tree)，状态更改status &= ~W即可。有一个前提条件就是不管何种运行状态的协程，都在就绪队列中，只是同时包含有其他的运行状态。

这是由ntyco作者亲自讲解的协程课程

1.协程起源 — 存在的原因？协程能够解决哪些问题？

• 协程起源 — 存在的原因？
• 如何使用？与线程使用有何区别？
• 内部是如何工作的？
• 原语操作有哪些？分别如何实现？

02协程实现之切换 — 上下文如何切换？代码如何实现？

• 运行体如何定义？调度器如何定义？
• 协程如何被调度？
• 协程多核模式 — 多核实现
• 协程性能测试 — 实战性能测试

协程学习地址：纯C语言|实现协程框架，底层原理与性能分析，面试利刃-学习视频教程-腾讯课堂

调度器的运行状态

每一协程都需要使用的而且可能会不同属性的，就是协程属性。每一协程都需要的而且数据一致的，就是调度器的属性。比如栈大小的数值，每个协程都一样的后不做更改可以作为调度器的属性，如果每个协程大小不一致，则可以作为协程的属性。

用来管理所有协程的属性，作为调度器的属性。比如epoll用来管理每一个协程对应的IO，是需要作为调度器属性。

我们定义一个协程结构体需要多少域，我们描述了每一个协程有自己的上下文环境，需要保存CPU的寄存器ctx；需要有子过程的回调函数func；需要有子过程回调函数的参数 arg；需要定义自己的栈空间 stack；需要有自己栈空间的大小 stack_size；需要定义协程的创建时间 birth；需要定义协程当前的运行状态 status；需要定当前运行状态的结点（ready_next, wait_node, sleep_node）；需要定义协程id；需要定义调度器的全局对象 sched。

协程的结构体:

typedef struct _nty_coroutine {
	//private		nty_cpu_ctx ctx;	proc_coroutine func;	void *arg;	void *data;	size_t stack_size;	size_t last_stack_size;		nty_coroutine_status status;	nty_schedule *sched;
	uint64_t birth;	uint64_t id;#if CANCEL_FD_WAIT_UINT64	int fd;	unsigned short events;  //POLL_EVENT#else	int64_t fd_wait;#endif	char funcname[64];	struct _nty_coroutine *co_join;
	void **co_exit_ptr;	void *stack;	void *ebp;	uint32_t ops;	uint64_t sleep_usecs;
	RB_ENTRY(_nty_coroutine) sleep_node;	RB_ENTRY(_nty_coroutine) wait_node;
	LIST_ENTRY(_nty_coroutine) busy_next;
	TAILQ_ENTRY(_nty_coroutine) ready_next;	TAILQ_ENTRY(_nty_coroutine) defer_next;	TAILQ_ENTRY(_nty_coroutine) cond_next;
	TAILQ_ENTRY(_nty_coroutine) io_next;	TAILQ_ENTRY(_nty_coroutine) compute_next;
	struct {		void *buf;		size_t nbytes;		int fd;		int ret;		int err;	} io;
	struct _nty_coroutine_compute_sched *compute_sched;	int ready_fds;	struct pollfd *pfds;	nfds_t nfds;} nty_coroutine;

调度器是管理所有协程运行的组件，协程与调度器的运行关系。

调度器的属性，需要有保存CPU的寄存器上下文 ctx，可以从协程运行状态yield到调度器运行的。从协程到调度器用yield，从调度器到协程用resume。

typedef struct _nty_coroutine_rbtree_sleep nty_coroutine_rbtree_sleep;typedef struct _nty_coroutine_rbtree_wait nty_coroutine_rbtree_wait;
typedef struct _nty_schedule {	uint64_t birth;	nty_cpu_ctx ctx;	void *stack;	size_t stack_size;	int spawned_coroutines;	uint64_t default_timeout;	struct _nty_coroutine *curr_thread;	int page_size;
	int poller_fd;	int eventfd;	struct epoll_event eventlist[NTY_CO_MAX_EVENTS];	int nevents;
	int num_new_events;	pthread_mutex_t defer_mutex;
	nty_coroutine_queue ready;	nty_coroutine_queue defer;
	nty_coroutine_link busy;		nty_coroutine_rbtree_sleep sleeping;	nty_coroutine_rbtree_wait waiting;
	//private 
} nty_schedule;

协程如何被调度

1.生产者消费者模式

逻辑代码如下:

while (1) {
        //遍历睡眠集合，将满足条件的加入到ready        nty_coroutine *expired = NULL;        while ((expired = sleep_tree_expired(sched)) != ) {            TAILQ_ADD(&sched->ready, expired);        }
        //遍历等待集合，将满足添加的加入到ready        nty_coroutine *wait = NULL;        int nready = epoll_wait(sched->epfd, events, EVENT_MAX, 1);        for (i = 0;i < nready;i ++) {            wait = wait_tree_search(events[i].data.fd);            TAILQ_ADD(&sched->ready, wait);        }
        // 使用resume回复ready的协程运行权        while (!TAILQ_EMPTY(&sched->ready)) {            nty_coroutine *ready = TAILQ_POP(sched->ready);            resume(ready);        }    }

2. 多状态下运行

逻辑代码如下:

while (1) {
        //遍历睡眠集合，使用resume恢复expired的协程运行权        nty_coroutine *expired = NULL;        while ((expired = sleep_tree_expired(sched)) != ) {            resume(expired);        }
        //遍历等待集合，使用resume恢复wait的协程运行权        nty_coroutine *wait = NULL;        int nready = epoll_wait(sched->epfd, events, EVENT_MAX, 1);        for (i = 0;i < nready;i ++) {            wait = wait_tree_search(events[i].data.fd);            resume(wait);        }
        // 使用resume恢复ready的协程运行权        while (!TAILQ_EMPTY(sched->ready)) {            nty_coroutine *ready = TAILQ_POP(sched->ready);            resume(ready);        }    }