协程与多线程的区别

Posted 2020-08-28 路之遥_其漫漫

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       coroutine和真正的thread的区别挺多，但是也不好说是限制，须知Contiki的使用环境
是传感器网络节点，一般来说，大都是内存极其受限，相比之下，CPU资源是可以不那么
受限的(或者这么说，CPU工作时间长些仅仅是影响节点的寿命，而RAM不够用则节点根本
不可能工作起来)。

protothread就是为了解决这个多线程会消耗过多的RAM的问题而用增加CPU处理工作来做交换。

每个函数(protothread)在yield的时候都完全返回，也就是相当于多个“线程”共用同一个
堆栈。但是这和event-based的系统(比如tinyos)的区别在于，这个系统编程的时候你还是
可以认为是顺序执行的(yield之后如果继续执行的话，不是从函数开头而是从上次yield的
地方继续执行)，event-based的系统则必须人为将系统拆分成许多event(简单的理解，你可
以认为就是把程序全写成状态机的形式，很多情况来说，这对人来说不是一个很好驾驭的
模型，比如我们会很习惯做了这个时候干什么，条件没成熟就继续做什么；可是要弄成状
态机形式，你就必须自己分成几个状态，弄出状态转移图，而用这种类似thread的protothread
则不需要显式地体现出来你的状态机)。

至于protothread(coroutine和它本质一样)的限制，取决于实现，如果使用可移植的switch来实现，
那么限制超多，不能用switch了；如果使用GNU的computed goto来实现，则没有这个限制；
但是不管是什么实现，都需要注意，如果你希望函数的auto变量保存上次的值的话，必须声明成
static，这才是这类在C语言中实现coroutine类机制的本质限制。

这些东西，说到最后就是一个continuation的概念，只不过在函数式编程社区以外都不怎么用这个
概念而已。

上面关于protothread的说得可能过于泛泛，如果想知道详情，还是应该读这篇论文：
Protothreads: Simplifying Event-Driven Programming of Memory-Constrained Embedded Systems
Adam Dunkels, Oliver Schmidt, Thiemo Voigt, Muneeb Ali

 

 

 

Protothread或者叫Coroutine，主要就是提供continuation point。即函数从yield返回后，下次调用会接着yeild的下一句执行。目的之一是简化代码结构，增强可读性。当然，Iterator这样的东西也可以比较方便的实现。

coroutine可以是有自己独立堆栈的（Thread的协调多任务用法），也可以是共享堆栈的。共享堆栈就是如freertos/coroutine，protothread这样的实现。好处是节约内存；最大劣势是共享堆栈，因此所有栈自动变量在yield会丢失。
解决办法要么是用static/全局变量，不在栈上保存，但是可能丢失重入特性（是否丢看实现手段）；要么用malloc之类的使用堆，但存在内存泄漏(典型为Yield之后Reset)，内存碎片的问题(malloc自身，决定于其算法)。

实现手段上，符合标准，可移植的，是基于switch的实现。为了使coroutine可用并且好用，至少仰赖于以下C标准的规定，或者C标准中没有说，但是经讨论，是合法描述的情形：
- 宏展开后，宏中的代码都在一个物理行上。
- switch的case可以和for/if之类的语句嵌套。即switch(bbb) { for(xx; xx; xx) { case 1: ... ; case 2: yyy} }是合法的。
第二条是switch实现的核心，如果有变化，就over。

标准switch实现的坏处：
- switch必须谨慎使用：嵌入的switch中间不能带yield，（return，exit看实现）之类的返回点。这个可以用if/else避免。
- switch靠后的continuation point的调用一次额外开销比较大，要一个一个比较过去。

使用嵌入汇编，GNU的label，computed goto等实现，限制要少，效率也高。问题一个是可移植；另外一个是编译器优化是否导致问题，嵌入式汇编这个很明显，GNU的我没用过，没体会。

 

 

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