纤程(Fiber)

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纤程（Fiber），是微软加入到Windows中，使得UNIX服务器应用程序更好地移植到Windows中。所以本篇真正没有多少应用价值，只是为了使得笔记更加完整。

 

　　看完本章，感觉纤程是比线程的更小的一个运行单位。可以把一个线程拆分成多个纤程，然后通过人工转换纤程，从而让各个纤程工作。

　　要知道的是人工的转换，不是系统自动切换。因为线程的实现通过Windows内核完成的，因此Windows可以自动对线程进行调度。但是纤程是通过用户模式的代码来实现的，是程序员自己写的算法，内核不知道纤程的实现方式，而是你自己定义的调度算法，因此纤程是“非抢占”的调度方式。

　　还有要知道就是，一个线程可以包含多个纤程。

 

　　要使用纤程，首先要做的就是把当前线程转换为纤程：

PVOID ConvertThreadToFiber(PVOID pvParam);

 

　　调用这个函数之后，系统为纤程执行环境分配大概200字节的存储空间，这个执行环境有以下内容构成：

1、用户定义的值，由参数pvParam参数指定。

2、结构化异常处理链头。

3、纤程内存栈的最高和最低地址，当线程转换为纤程的时候，这也是线程的内存栈。

4、各种CPU寄存器信息，比如堆栈指针寄存器，指令指针寄存器等等。

 

　　默认情况下，x86系统的CPU的浮点数状态信息在纤程看来不属于CPU寄存器，因此会导致在纤程中执行一些相关的浮点运算会破坏数据。为了克服这个缺点，你需要呼叫ConvertThreadToFiberEx函数（Windows Vista及其以上版本中才有），并且传递FIBER_FLAG_FLOAT_SWITCH给它的第2个参数dwFlags：

PVOID ConvertThreadToFiberEx( PVOID pvParam, DWORD dwFlags);

 

　　当呼叫完上述两个函数之后，你就初始化了一个纤程执行环境，该执行环境与线程的执行环境关联，线程转换为纤程，纤程就在线程的内部运行。ConvertThreadToFiber(Ex)函数实际返回纤程的执行环境的内存地址，你稍后会用到这个地址，但是你不能直接读取或写入这个地址，你应该使用系统提供的纤程函数来对这个地址进行操纵。

　　当你的纤程返回或者呼叫ExitThread的时候，你的纤程也随之结束。

 

　　如果一个线程中只有一个纤程，那么是没有必要将该线程转换为纤程的，只有你打算在同一个线程中再创建一个纤程才有转换的必要。要创建一个纤程，使用CreateFiber函数：

PVOID CreateFiber( DWORD dwStackSize, // 创建新的堆栈的大小，0表示默认大小 PFIBER_START_ROUTINE pfnStartAddress, // 纤程函数地址 PVOID pvParam); // 传递给纤程函数的参数

 

　　这个函数创建一个新的堆栈，堆栈的大小由dwStackSize指定。如果传递0给它，就意味着创建一个默认大小的堆栈。

　　如果你打算让一个线程包含多个纤程，而又想花费比较少的空间的话，可以使用CreateFiberEx函数（只有在Windows Vista及其以上版本中才有）：

PVOID CreateFiberEx( SIZE_T dwStackCommitSize, // 堆栈初始提交的大小 SIZE_T dwStackReserveSize, // 需要保留的虚拟内存的大小 DWORD dwFlags, // 创建旗标 PFIBER_START_ROUTINE pStartAddress, // 纤程函数指针 PVOID pvParam); // 传递给纤程函数的参数

 

　　其中，如果传递FIBER_FLAG_FLOAT_SWITCH给dwFlags参数，则表明将浮点信息添加到纤程执行环境。

 

　　当CreateFiber(Ex)函数创建了一个新的堆栈之后，它分配一个新的纤程执行环境结构并初始化之，用户定义的数据通过pvParam参数被保存，新的堆栈的内存空间的最高和最低地址被保存，纤程函数的地址通过pStartAddress参数被保存。

　　纤程函数的格式必须如下定义：

VOID WINAPI FiberFunc(PVOID pvParam);

　　这个纤程在第一次被调度的时候，纤程函数被调用，其参数pvParam由CreateFiber(Ex)中的pvParam参数指定。在纤程函数中，你可以做你想做的任何事情。

　　像ConvertThreadToFiber(Ex)函数一样，CreateFiber(Ex)也返回纤程执行环境的内存地址，这个内存地址就像句柄一样，直接标识着一个纤程。

　　当你使用CreateFiber(Ex)函数创建一个纤程之后，该纤程不会执行，因为系统不会自动调度它。你必须调用函数SwitchToFiber来告诉系统你想要哪个纤程执行：

VOID SwitchToFiber(PVOID pvFiberExecutionContext);

 

　　SwitchToFiber函数的参数是一个纤程执行环境的内存地址，该地址由ConverThreadToFiber(Ex)或CreateFiber(Ex)返回。

　　SwitchToFiber函数内部的执行步骤如下：

1、保存当前的CPU寄存器信息，这些信息保存在正在运行的纤程的执行环境中。

2、从将要执行的纤程的执行环境中加载上次保存的CPU寄存器信息。

3、将即将执行的纤程执行环境与线程关联起来，由线程执行指定的纤程。

4、将指令指针设置为保存的值，继续上次的执行。

 

　　SwitchToFiber函数是一个纤程能够被调度的唯一的方法，因此，纤程的调度是由用户完全操纵的。纤程的调度和线程的调度无关。一个线程，包含了正在运行的纤程，仍会被其他线程抢占。当一个线程被调度，而它里面有几个纤程，那么只有被选择的那个纤程才会执行，其他纤程的执行需要调用SwitchToFiber函数。

 

　　最后，如果一个纤程完成了任务，你需要删除它，呼叫DeleteFiber函数，并传递这个纤程的执行环境内存地址：

VOID DeleteFiber(PVOID pvFiberExecutionContext);

 

　　该函数首先清除纤程堆栈，然后删除纤程执行环境。但是，如果参数指定的是一个与当前线程关联的纤程，该函数呼叫ExitThread函数，线程结束，其包含的其他纤程也都结束。因此，DeleteFiber函数一般是由一个纤程调用来删除另一个纤程。

　　当所有纤程结束了运行，你需要从纤程转换为线程，呼叫ConvertFiberToThread函数。

 

　　如果你需要在纤程中保存一些数据，可以使用“纤程局部存储”（FLS）的机制。这个机制和“线程局部存储”（TLS）类似。

　　首先，呼叫FlsAlloc函数分配FLS槽来存放数据，这个FLS槽可以被当前进程内所有纤程共同使用，函数有一个参数：一个回调函数指针，这个回调函数会在以下两种情况下被调用：一个纤程被删除；FLS槽通过FlsFree函数被删除。

　　然后，在你呼叫FlsAlloc函数之后，你可以在纤程中使用FlsSetValue函数来保存数据到FLS槽中，同时该函数需要一个DWORD类型的参数，表示一个FLS槽的索引，即在FLS槽的相关地方保存数据。

　　接着，你可以在各个纤程中使用FlsGetValue函数来取得FLS槽中对应的数据，同样需要上面那个FLS槽索引，并返回指向数据的指针。

　　当使用完这些数据之后，你可以使用FlsFree来释放FLS槽。

 

　　如果你想知道你是否正在一个纤程执行环境中运行，可以使用IsThreadAFiber函数，它返回一个BOOL值，指明你是否正在一个纤程中运行。

 

　　一个线程每次只能执行一个纤程，该纤程与这个线程相关联。你可以使用如下函数来得到正在执行的纤程的执行环境内存地址：

PVOID GetCurrentFiber();

 

　　每个纤程包含用户定义的一个数据，这个数据由CreateFiber(Ex)或ConvertThreadToFiber(Ex)的pvParam参数指定，你可以使用如下函数得到这个数据的指针：

PVOID GetFiberData();

 

　　最后，让我们假设一个线程中有2个纤程，总结一下纤程的用法：

1、使用ConverThreadToFiber(Ex)将当前线程转换到纤程，这是纤程F1

2、定义一个纤程函数，用于创建一个新纤程

3、纤程F1中调用CreateFiber(Ex)函数创建一个新的纤程F2

4、SwitchToFiber函数进行纤程切换，让新创建的纤程F2执行

5、F2纤程函数执行完毕的时候，使用SwitchToFiber转换到F1

6、在纤程F1中调用DeleteFiber来删除纤程F2

7、纤程F1中调用ConverFiberToThread，转换为线程

8、线程结束