ucontext的简单介绍

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_tucontext_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getcontextsetcontextmakecontextswapcontext

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setcontextucp参数为makecontextucp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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