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ucontext的简单介绍

  • ​​简介​​
  • ​​结构体​​
  • ​函数​
  • ​​getcontext​​
  • ​​setcontext​​
  • ​​makecontext​​
  • ​​swapcontext​​

简介

​ucontext.h​​​是GNU C库的一个头文件,主要用于用户态下的上下文切换。需要注意的是,由于​​makecontext​​中设计的一些问题,该文件已经被标记为过时的​[1]​​​。如果需要类似的功能,可以看一下Boost提供的fcontext​​[2]​​。本文主要还是介绍一下ucontext的结构和使用。

结构体

​ucontext.h​​​有两个比较重要的结构体,分别是​​mcontext_t​​​和​​ucontext_t​​​,其中​​mcontext_t​​​中主要保存了上下文的各种寄存器信息,因此一般情况下不会修改​​mcontext_t​​的信息。

​ucontext_t​​主要需要关注的字段如下

typedef struct ucontext_t {
struct ucontext_t *uc_link;
stack_t uc_stack;
mcontext_t uc_mcontext;
sigset_t uc_sigmask;
} ucontext_t;

​uc_link​​​指向一个上下文,当当前上下文结束时,将返回执行该上下文。​​sigset_t​​​当上下文被激活时,被屏蔽的信号集合。​​stack_t​​​栈消息,具体结构如下所示。​​uc_mcontext​​保存了上下文的各种寄存器信息。

typedef struct {
void *ss_sp;
int ss_flags;
size_t ss_size;
} stack_t;

​ss_sp​​​栈空间的指针,指向当前栈所在的位置。​​ss_flags​​​栈空间的flags。​​ss_size​​​整个栈的大小,在​​makecontext​​​中会使用​​ss_size + ss_sp​​然后对齐再减去对应的系统位数(32位减4​[3]​​​,64位减8​​[4]​​​)。需要注意的是,​​getcontext​​​返回的​​ucp​​​中的​​uc_stack​​​只有赋值了​​ss_sp​​,其他对象没有赋值​[5]​​。

函数

​ucontext.h​​​提供了四个方法对上下文进行操作,分别是​​getcontext​​​、​​setcontext​​​、​​makecontext​​​、​​swapcontext​​。

getcontext

这个函数的签名为

int getcontext(ucontext_t *ucp);

函数的用法和说明也非常简单,将​​ucp​​初始化并保存当前的上下文。

setcontext

函数签名为

int setcontext(const ucontext_t *ucp);

函数的作用为切换当前的上下文为​​ucp​​​。成功执行后,​​setcontext​​​将不会返回,程序将执行​​ucp​​​所指向的上下文。在这个函数中,​​ucp​​以下几种方式被创建。

  1. 如果由​​getcontext​​​创建,那么程序表现为从​​getcontext​​返回处开始执行;
  2. 如果由​​makecontext​​​创建,那么程序将执行​​makecontext​​​的传入函数,当函数执行结束后,程序将表现为执行​​setcontext​​​其​​ucp​​​参数为​​makecontext​​​的​​ucp​​参数;
  3. 如果​​uc_link​​指向为0,即空指针,那么当前上下文为主上下文,当返回时,线程将直接退出。

makecontext

这些函数里面最有用的应该就是这一个了,通过使用这个函数对上下文进行处理,可以创建一个新的上下文。该函数的签名为

void makecontext(ucontext_t *ucp, (void *func)(), int argc, ...); // https://pubs.opengroup.org/onlinepubs/7908799/xsh/makecontext.html
extern void makecontext (ucontext_t *__ucp, void (*__func) (void), int __argc, ...) __THROW; // from my pc

其中需要注意的是第二个参数,由于C是一个强类型语言。但是由于无法判断一个函数参数的数量和类型,因此直接定义为空的。需要注意的是,在使用这个函数之前,需要对栈空间进行修改即​​uc_stack​​​字段。这一部分我的理解是因为​​makecontext​​实现功能的方法就是修改栈,而如果当前栈和修改的栈为同一个栈,那么势必会造成未定义行为。

正确的使用方法如下所示:

#include <ucontext.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

struct ucontext_t test;
char stack[102400];
int n = 0;

int testv() {
printf("Hello World!");
return 0;
}

int test4() {
getcontext(&test);
printf("Test\n");
if (n == 0) {
test.uc_stack.ss_sp = stack;
test.uc_stack.ss_size = 102400;
makecontext(&test, testv, 0);
n = 1;
setcontext(&test);
}
return 0;
}

int main() {
test4();
return 0;
}

swapcontext

该函数的签名为

int swapcontext(ucontext_t *restrict oucp, const ucontext_t *restrict ucp);

函数的作用是载入上下文​​ucp​​​,将当前上下文保存到​​oucp​​。

  1. ​​https://stackoverflow.com/questions/15014647/why-was-ucontext-added-to-and-then-removed-from-posix​​ ↩︎
  2. ​​https://www.boost.org/doc/libs/1_60_0/libs/context/doc/html/context/context.html​​ ↩︎
  3. ​​i386/makecontext.S​​ ↩︎
  4. ​​x86_64/makecontext.c​​ ↩︎
  5. ​​x86_64/getcontext.S​​ ↩︎




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