18.12.2020

setcontext — одна из библиотечных функций стандарта POSIX (в число других входят getcontext, makecontext и swapcontext), используемая для управления контекстом. Семейство setcontext позволяет реализовать на языке Си такие паттерны проектирования управления потоком, как итераторы, нити (fibers) и сопрограммы. Семейство можно рассматривать как расширенную версию setjmp/longjmp; в то время как последние позволяют только один нелокальный прыжок из стека, setcontext позволяет создание нескольких взаимодействующих потоков управления с собственными стеками.

Спецификация

setcontext определён в POSIX.1-2001 и во второй версии Single UNIX Specification, однако доступен не во всех UNIX-подобных операционных системах. Функции и связанные с ними типы определены в заголовочном файле ucontext.h. В их число входит тип ucontext_t, с которым взаимодействуют все четыре функции:

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

uc_link указывает на контекст, который будет восстановлен при выходе из текущего контекста, если контекст создан с помощью makecontext (вторичный контекст). uc_sigmask используется для хранения сигналов, заблокированных в контексте, а uc_stack является стеком, используемым контекстом. uc_mcontext используется для хранения состояния исполнения, включая все регистры центрального процессора, счётчик команд и указатель стека; mcontext_t является непрозрачным (opaque) указателем.

Также определены следующие функции:

  • int setcontext(const ucontext_t *ucp)
Эта функция переносит управление в контекст в ucp. Исполнение продолжается с точки, на которой контекст был сохранён в ucp. В случае успешного выполнения возврата из setcontext не производится.
  • int getcontext(ucontext_t *ucp)
Сохраняет текущий контекст в ucp. Возврат из этой функции происходит в двух случаях: после первичного вызова или при переключении потока на контекст в ucp с помощью setcontext или swapcontext. Функция getcontext не предоставляет возвращаемого значения для разделения этих случаев (оно служит лишь для сообщения об ошибке), поэтому разработчик должен явным образом использовать переменную-флаг, объявленную без модификатора register и с модификатором volatile во избежание свёртывания константных выражений и других оптимизаций компилятора.
  • void makecontext(ucontext_t *ucp, void *func(), int argc, ...)
Функция makecontext устанавливает альтернативный поток управления в ucp, предварительно инициализированный с помощью getcontext. Поле ucp.uc_stack должно указывать на место для стека необходимого размера; обычно используется константа SIGSTKSZ. При совершении прыжка в ucp с помощью setcontext или swapcontext исполнение начинается с точки входа в функцию func с числом аргументов argc. При завершении func управление передаётся ucp.uc_link.
  • int swapcontext(ucontext_t *oucp, ucontext_t *ucp)
Передаёт управление ucp и сохраняет текущее состояние выполнения в oucp.

Пример

Пример ниже демонстрирует итератор, реализованный с помощью setcontext. Подобный код можно встретить достаточно редко; вместо использования setcontext для реализации кооперативной многозадачности часто используется различные библиотеки-обёртки, например, GNU Portable Threads.

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <ucontext.h> /* Функция-итератор. Вход в неё осуществляется при первом вызове * swapcontext, затем проходит в цикле от 0 до 9. Каждое значение сохраняется * i_from_iterator, после чего производится возврат в основной цикл с помощью swapcontext. * В основном цикле производится вывод значения и вызов swapcontext для возврата * назад в функцию. При достижении конца цикла исполнение переключается на контекст main_context1*/ void loop( ucontext_t *loop_context, ucontext_t *other_context, int *i_from_iterator) { int i; for (i=0; i < 10; ++i) { /* Запись счётчика цикла в место возврата итератора. */ *i_from_iterator = i; /* Сохранение контекста цикла в ''loop_context'' и переключение на другой контекст. */ swapcontext(loop_context, other_context); } } int main(void) { /* Три контекста: * (1) main_context1 : указывает на main для возврата из цикла. * (2) main_context2 : указывает на место переключения контекста в main * (3) loop_context : указывает на место в цикле, в которое будет * переходить управление из main. */ ucontext_t main_context1, main_context2, loop_context; /* Стек для функции итератора. */ char iterator_stack[SIGSTKSZ]; /* Флаг, сообщающий о завершении итератора. */ volatile int iterator_finished; /* Возвращаемое значение итератора. */ volatile int i_from_iterator; /* Инициализация контекста итератора. uc_link указывает на main_context1, * точку возврата при завершении итератора. */ loop_context.uc_link = &main_context1; loop_context.uc_stack.ss_sp = iterator_stack; loop_context.uc_stack.ss_size = sizeof(iterator_stack); getcontext(&loop_context); /* Заполнение loop_context, что позволяет swapcontext начать цикл. * Преобразование в (void (*)(void)) необходимо для избежания предупреждения * компилятора и не влияет на поведение функции. */ makecontext(&loop_context, (void (*)(void)) loop, 3, &loop_context, &main_context2, &i_from_iterator); /* Очистка флага завершения. */ iterator_finished = 0; /* Сохранения текущего контекста в main_context1. При завершении цикла * управление будет возвращено в эту точку. */ getcontext(&main_context1); if (!iterator_finished) { /* Установка флага iterator_finished для отключения перезапуска итератора. */ iterator_finished = 1; while (1) { /* Сохранение этой точки в main_context2 и переключение на итератор. * Первый вызов зачинает цикл, последующие осуществляют переключение * через swapcontext в цикл. */ swapcontext(&main_context2, &loop_context); printf("%d ", i_from_iterator); } } return 0; }

Примечание: данный пример не соответствует справочной странице спецификации . Функция makecontext требует, чтобы дополнительные параметры были типа int, а в примере передаются указатели. Это может привести к ошибке на 64-битных платформах (в частности, на архитектурах LP64, где sizeof(void*) > sizeof(int)). Теоретически эти проблемы могут быть решены, но эти решения также не являются портируемыми.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий: