《Windows via C/C++》學習筆記 —— 纖程（Fiber）

引用自：http://www.cnblogs.com/wz19860913/archive/2008/08/26/1276816.html

 

　　纖程（Fiber），是微軟加入到Windows中，使得UNIX服務器應用程序更好地移植到Windows中。所以本篇真正沒有多少應用價值，只是爲了使得筆記更加完整。

 

　　看完本章，感覺纖程是比線程的更小的一個運行單位。可以把一個線程拆分成多個纖程，然後通過人工轉換纖程，從而讓各個纖程工作。

　　要知道的是人工的轉換，不是系統自動切換。因爲線程的實現通過Windows內核完成的，因此Windows可以自動對線程進行調度。但是纖程是通過用戶模式的代碼來實現的，是程序員自己寫的算法，內核不知道纖程的實現方式，而是你自己定義的調度算法，因此纖程是“非搶佔”的調度方式。

　　還有要知道就是，一個線程可以包含多個纖程。

 

　　要使用纖程，首先要做的就是把當前線程轉換爲纖程：

 

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-->PVOID ConvertThreadToFiber(PVOID pvParam);

 

 

　　調用這個函數之後，系統爲纖程執行環境分配大概200字節的存儲空間，這個執行環境有以下內容構成：

1、用戶定義的值，由參數pvParam參數指定。

2、結構化異常處理鏈頭。

3、纖程內存棧的最高和最低地址，當線程轉換爲纖程的時候，這也是線程的內存棧。

4、各種CPU寄存器信息，比如堆棧指針寄存器，指令指針寄存器等等。

 

　　默認情況下，x86系統的CPU的浮點數狀態信息在纖程看來不屬於CPU寄存器，因此會導致在纖程中執行一些相關的浮點運算會破壞數據。爲了克服這個缺點，你需要呼叫ConvertThreadToFiberEx函數（Windows Vista及其以上版本中才有），並且傳遞FIBER_FLAG_FLOAT_SWITCH給它的第2個參數dwFlags：

 

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-->PVOID ConvertThreadToFiberEx(
   PVOID pvParam,
   DWORD dwFlags);

 

 

　　當呼叫完上述兩個函數之後，你就初始化了一個纖程執行環境，該執行環境與線程的執行環境關聯，線程轉換爲纖程，纖程就在線程的內部運行。ConvertThreadToFiber(Ex)函數實際返回纖程的執行環境的內存地址，你稍後會用到這個地址，但是你不能直接讀取或寫入這個地址，你應該使用系統提供的纖程函數來對這個地址進行操縱。

　　當你的纖程返回或者呼叫ExitThread的時候，你的纖程也隨之結束。

 

　　如果一個線程中只有一個纖程，那麼是沒有必要將該線程轉換爲纖程的，只有你打算在同一個線程中再創建一個纖程纔有轉換的必要。要創建一個纖程，使用CreateFiber函數：

 

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-->PVOID CreateFiber(
   DWORD dwStackSize,     // 創建新的堆棧的大小，0表示默認大小
   PFIBER_START_ROUTINE pfnStartAddress,     // 纖程函數地址
   PVOID pvParam);     // 傳遞給纖程函數的參數

 

 

　　這個函數創建一個新的堆棧，堆棧的大小由dwStackSize指定。如果傳遞0給它，就意味着創建一個默認大小的堆棧。

　　如果你打算讓一個線程包含多個纖程，而又想花費比較少的空間的話，可以使用CreateFiberEx函數（只有在Windows Vista及其以上版本中才有）：

 

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-->PVOID CreateFiberEx(
   SIZE_T dwStackCommitSize,     // 堆棧初始提交的大小
   SIZE_T dwStackReserveSize,    // 需要保留的虛擬內存的大小
   DWORD dwFlags,     // 創建旗標
   PFIBER_START_ROUTINE pStartAddress,     // 纖程函數指針
   PVOID pvParam);     // 傳遞給纖程函數的參數

 

 

　　其中，如果傳遞FIBER_FLAG_FLOAT_SWITCH給dwFlags參數，則表明將浮點信息添加到纖程執行環境。

 

　　當CreateFiber(Ex)函數創建了一個新的堆棧之後，它分配一個新的纖程執行環境結構並初始化之，用戶定義的數據通過pvParam參數被保存，新的堆棧的內存空間的最高和最低地址被保存，纖程函數的地址通過pStartAddress參數被保存。

　　纖程函數的格式必須如下定義：

VOID WINAPI FiberFunc(PVOID pvParam);

　　這個纖程在第一次被調度的時候，纖程函數被調用，其參數pvParam由CreateFiber(Ex)中的pvParam參數指定。在纖程函數中，你可以做你想做的任何事情。

　　像ConvertThreadToFiber(Ex)函數一樣，CreateFiber(Ex)也返回纖程執行環境的內存地址，這個內存地址就像句柄一樣，直接標識着一個纖程。

　　當你使用CreateFiber(Ex)函數創建一個纖程之後，該纖程不會執行，因爲系統不會自動調度它。你必須調用函數SwitchToFiber來告訴系統你想要哪個纖程執行：

 

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-->VOID SwitchToFiber(PVOID pvFiberExecutionContext);

 

 

　　SwitchToFiber函數的參數是一個纖程執行環境的內存地址，該地址由ConverThreadToFiber(Ex)或CreateFiber(Ex)返回。

　　SwitchToFiber函數內部的執行步驟如下：

1、保存當前的CPU寄存器信息，這些信息保存在正在運行的纖程的執行環境中。

2、從將要執行的纖程的執行環境中加載上次保存的CPU寄存器信息。

3、將即將執行的纖程執行環境與線程關聯起來，由線程執行指定的纖程。

4、將指令指針設置爲保存的值，繼續上次的執行。

 

　　SwitchToFiber函數是一個纖程能夠被調度的唯一的方法，因此，纖程的調度是由用戶完全操縱的。纖程的調度和線程的調度無關。一個線程，包含了正在運行的纖程，仍會被其他線程搶佔。當一個線程被調度，而它裏面有幾個纖程，那麼只有被選擇的那個纖程纔會執行，其他纖程的執行需要調用SwitchToFiber函數。

 

　　最後，如果一個纖程完成了任務，你需要刪除它，呼叫DeleteFiber函數，並傳遞這個纖程的執行環境內存地址：

 

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-->VOID DeleteFiber(PVOID pvFiberExecutionContext);

 

 

　　 該函數首先清除纖程堆棧，然後刪除纖程執行環境。但是，如果參數指定的是一個與當前線程關聯的纖程，該函數呼叫ExitThread函數，線程結束，其包含的其他纖程也都結束。因此，DeleteFiber函數一般是由一個纖程調用來刪除另一個纖程。

　　當所有纖程結束了運行，你需要從纖程轉換爲線程，呼叫ConvertFiberToThread函數。

 

　　如果你需要在纖程中保存一些數據，可以使用“纖程局部存儲”（FLS）的機制。這個機制和“線程局部存儲”（TLS）類似。

　　首先，呼叫FlsAlloc函數分配FLS槽來存放數據，這個FLS槽可以被當前進程內所有纖程共同使用，函數有一個參數：一個回調函數指針，這個回調函數會在以下兩種情況下被調用：一個纖程被刪除；FLS槽通過FlsFree函數被刪除。

　　然後，在你呼叫FlsAlloc函數之後，你可以在纖程中使用FlsSetValue函數來保存數據到FLS槽中，同時該函數需要一個DWORD類型的參數，表示一個FLS槽的索引，即在FLS槽的相關地方保存數據。

　　接着，你可以在各個纖程中使用FlsGetValue函數來取得FLS槽中對應的數據，同樣需要上面那個FLS槽索引，並返回指向數據的指針。

　　當使用完這些數據之後，你可以使用FlsFree來釋放FLS槽。

 

　　如果你想知道你是否正在一個纖程執行環境中運行，可以使用IsThreadAFiber函數，它返回一個BOOL值，指明你是否正在一個纖程中運行。

 

　　一個線程每次只能執行一個纖程，該纖程與這個線程相關聯。你可以使用如下函數來得到正在執行的纖程的執行環境內存地址：

 

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-->PVOID GetCurrentFiber();

 

 

　　每個纖程包含用戶定義的一個數據，這個數據由CreateFiber(Ex)或ConvertThreadToFiber(Ex)的pvParam參數指定，你可以使用如下函數得到這個數據的指針：

 

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-->PVOID GetFiberData();

 

 

　　最後，讓我們假設一個線程中有2個纖程，總結一下纖程的用法：

1、使用ConverThreadToFiber(Ex)將當前線程轉換到纖程，這是纖程F1

2、定義一個纖程函數，用於創建一個新纖程

3、纖程F1中調用CreateFiber(Ex)函數創建一個新的纖程F2

4、SwitchToFiber函數進行纖程切換，讓新創建的纖程F2執行

5、F2纖程函數執行完畢的時候，使用SwitchToFiber轉換到F1

6、在纖程F1中調用DeleteFiber來刪除纖程F2

7、纖程F1中調用ConverFiberToThread，轉換爲線程

8、線程結束