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6.协程实现之切换

问题：协程的上下文如何切换？切换代码如何实现？

首先来回顾一下x86_64寄存器的相关知识。x86_64 的寄存器有16个64位寄存器，分别是：%rax, %rbx, %rcx, %esi, %edi, %rbp, %rsp, %r8, %r9, %r10, %r11, %r12,

%r13, %r14, %r15。

%rax 作为函数返回值使用的。

%rsp 栈指针寄存器，指向栈顶

%rdi, %rsi, %rdx, %rcx, %r8, %r9 用作函数参数，依次对应第1参数，第2参数。。。

%rbx, %rbp, %r12, %r13, %r14, %r15 用作数据存储，遵循调用者使用规则，换句话说，就是随便用。调用子函数之前要备份它，以防它被修改

%r10, %r11 用作数据存储，就是使用前要先保存原值。

上下文切换，就是将CPU的寄存器暂时保存，再将即将运行的协程的上下文寄存器，分别mov到相对应的寄存器上。此时上下文完成切换。如下图所示：

协程切换之CPU寄存器操作图

切换_switch函数定义：

int _switch(nty_cpu_ctx *new_ctx, nty_cpu_ctx *cur_ctx);

参数1：即将运行协程的上下文，寄存器列表

参数2：正在运行协程的上下文，寄存器列表

我们nty_cpu_ctx结构体的定义，为了兼容x86，结构体项命令采用的是x86的寄存器名字命名。

typedef struct _nty_cpu_ctx {

void *esp; //

void *ebp;

void *eip;

void *edi;

void *esi;

void *ebx;

void *r1;

void *r2;

void *r3;

void *r4;

void *r5;

} nty_cpu_ctx;

_switch返回后，执行即将运行协程的上下文。是实现上下文的切换

0: __asm__ (

1: " .text n"

2: " .p2align 4,,15 n"

3: ".globl _switch n"

4: ".globl __switch n"

5: "_switch: n"

6: "__switch: n"

7: " movq %rsp, 0(%rsi) # save stack_pointer n"

8: " movq %rbp, 8(%rsi) # save frame_pointer n"

9: " movq (%rsp), %rax # save insn_pointer n"

10: " movq %rax, 16(%rsi) n"

11: " movq %rbx, 24(%rsi) # save rbx,r12-r15 n"

12: " movq %r12, 32(%rsi) n"

13: " movq %r13, 40(%rsi) n"

14: " movq %r14, 48(%rsi) n"

15: " movq %r15, 56(%rsi) n"

16: " movq 56(%rdi), %r15 n"

17: " movq 48(%rdi), %r14 n"

18: " movq 40(%rdi), %r13 # restore rbx,r12-r15 n"

19: " movq 32(%rdi), %r12 n"

20: " movq 24(%rdi), %rbx n"

21: " movq 8(%rdi), %rbp # restore frame_pointer n"

22: " movq 0(%rdi), %rsp # restore stack_pointer n"

23: " movq 16(%rdi), %rax # restore insn_pointer n"

24: " movq %rax, (%rsp) n"

25: " ret n"

26: );

按照x86_64的寄存器定义，%rdi保存第一个参数的值，即new_ctx的值，%rsi保存第二个参数的值，即保存cur_ctx的值。X86_64每个寄存器是64bit，8byte。

Movq %rsp, 0(%rsi) 保存在栈指针到cur_ctx实例的rsp项

Movq %rbp, 8(%rsi)

Movq (%rsp), %rax #将栈顶地址里面的值存储到rax寄存器中。Ret后出栈，执行栈顶

Movq %rbp, 8(%rsi) #后续的指令都是用来保存CPU的寄存器到new_ctx的每一项中

Movq 8(%rdi), %rbp #将new_ctx的值

Movq 16(%rdi), %rax #将指令指针rip的值存储到rax中

Movq %rax, (%rsp) # 将存储的rip值的rax寄存器赋值给栈指针的地址的值。

Ret # 出栈，回到栈指针，执行rip指向的指令。

上下文环境的切换完成。

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