使用User和信号的mac OSX上的用户线程调度API

Question

我正在设计一个具有以下特性的调度算法：

• 在一个进程中有2个用户线程(上下文)(我应该执行3个线程，但这在osx上还不起作用，所以我决定现在让2个线程工作)
• 先发制人地使用SIGALRM信号，该信号每1秒关闭一次，并将控件从一个上下文更改为另一个上下文，并保存在切换之前运行的上下文的当前状态(寄存器和当前位置)。

我注意到以下几点：

• 在mac上，ucontext.h库的行为很奇怪，而在Linux中应用时，它的行为完全符合预期的方式(来自这个man链接的例子：http://man7.org/linux/man-pages/man3/makecontext.3.html在linux上运行得很完美，而在mac上，它在做任何交换之前都会因为分段错误而失败)。不幸的是，我不得不让它在osx上运行，而不是linux。
• 通过使用getcontext() &然后使用setcontext()来交换上下文，我设法解决了osx上的swapcontext错误。
• 在我的信号处理程序函数中，我使用sa_sigaction( int，siginfo_t *s，void * cntxt )，因为第三个变量一旦重新抛出它，它作为一个ucontext_t指针是关于被中断的上下文的信息(在Linux上测试它是正确的)，但是在mac上它没有指向正确的位置，因为当我使用它时，我再次得到一个分段错误。

我已经为每个上下文设计了测试函数，使其循环在while循环中，因为我想中断它们，并确保它们返回到函数中的适当位置执行。我定义了一个静态全局计数变量，它帮助我查看是否处于正确的用户线程中。

最后一个注意事项是，我发现在我的while循环中调用getcontext()和测试函数中的getcontext()会不断更新当前上下文的位置，因为它是空的when循环，因此在上下文出现时调用setcontext()会使它从正确的位置执行。这个解决方案是多余的，因为这些函数将从API外部提供。

    #include <stdio.h>
    #include <sys/ucontext.h>
    #include <string.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <stdint.h>
    #include <stdbool.h>
    #include <errno.h>

    /*****************************************************************************/
    /*                            time-utility                                   */
    /*****************************************************************************/

    #include <sys/time.h> // struct timeval

    void timeval_add_s( struct timeval *tv, uint64_t s ) {
        tv->tv_sec += s;
    }

    void timeval_diff( struct timeval *c, struct timeval *a, struct timeval *b ) {

        // use signed variables
        long aa;
        long bb;
        long cc;

        aa = a->tv_sec;
        bb = b->tv_sec;
        cc = aa - bb;
        cc = cc < 0 ? -cc : cc;
        c->tv_sec = cc;

        aa = a->tv_usec;
        bb = b->tv_usec;
        cc = aa - bb;
        cc = cc < 0 ? -cc : cc;
        c->tv_usec = cc;

    out:
        return;
    }

    /******************************************************************************/
    /*                              Variables                                    */
    /*****************************************************************************/
    static int count;

    /* For now only the T1 & T2 are used */
    static ucontext_t T1, T2, T3, Main, Main_2;
    ucontext_t *ready_queue[ 4 ] = { &T1, &T2, &T3, &Main_2 };

    static int thread_count;
    static int current_thread;

    /* timer struct */
    static struct itimerval a;
    static struct timeval now, then;

    /* SIGALRM struct */
    static struct sigaction sa;

    #define USER_THREAD_SWICTH_TIME 1

    static int check;

    /******************************************************************************/
    /*                                 signals                                    */
    /*****************************************************************************/

    void handle_schedule( int sig, siginfo_t *s, void * cntxt ) {
        ucontext_t * temp_current = (ucontext_t *) cntxt;

        if( check == 0 ) {
            check = 1;
            printf("We were in main context user-thread\n");
        } else {
            ready_queue[ current_thread - 1 ] = temp_current;
            printf("We were in User-Thread # %d\n", count );
        }

        if( current_thread == thread_count ) {
            current_thread = 0;
        }
        printf("---------------------------X---------------------------\n");

        setcontext( ready_queue[ current_thread++ ] );

    out:
        return;
    }

    /* initializes the signal handler for SIGALARM, sets all the values for the alarm */
    static void start_init( void ) {
        int r;

        sa.sa_sigaction = handle_schedule;
        sigemptyset( &sa.sa_mask );
        sa.sa_flags = SA_SIGINFO;

        r = sigaction( SIGALRM, &sa, NULL );
        if( r == -1 ) {
            printf("Error: cannot handle SIGALARM\n");
            goto out;
        }

        gettimeofday( &now, NULL );
        timeval_diff( &( a.it_value ), &now, &then );

        timeval_add_s( &( a.it_interval ), USER_THREAD_SWICTH_TIME );
        setitimer( ITIMER_REAL, &a, NULL );

    out:
        return;
    }

    /******************************************************************************/
    /*                      Thread Init                                           */
    /*****************************************************************************/

    static void thread_create( void * task_func(void), int arg_num, int task_arg ) {
        ucontext_t* thread_temp = ready_queue[ thread_count ];

        getcontext( thread_temp );

        thread_temp->uc_link = NULL;
        thread_temp->uc_stack.ss_size = SIGSTKSZ;
        thread_temp->uc_stack.ss_sp = malloc( SIGSTKSZ );
        thread_temp->uc_stack.ss_flags = 0;

        if( arg_num == 0 ) {
            makecontext( thread_temp, task_func, arg_num );
        } else {
            makecontext( thread_temp, task_func, arg_num, task_arg );
        }

        thread_count++;

    out:
        return;
    }

    /******************************************************************************/
    /*                            Testing Functions                               */
    /*****************************************************************************/

    void thread_funct( int i ) {

        printf( "---------------------------------This is User-Thread #%d--------------------------------\n", i );
        while(1) { count = i;} //getcontext( ready_queue[ 0 ] );}

    out:
        return;
    }

    void thread_funct_2( int i ) {
        printf( "---------------------------------This is User-Thread #%d--------------------------------\n", i );
        while(1) { count = i;} //getcontext( ready_queue[ 1 ] ); }

    out:
        return;
    }

    /******************************************************************************/
    /*                               Main Functions                               */
    /*****************************************************************************/

    int main( void ) {
        int r;
        gettimeofday( &then, NULL );

        thread_create( (void *)thread_funct, 1, 1);
        thread_create( (void *)thread_funct_2, 1, 2);

        start_init();

        while(1);

        printf( "completed\n" );

    out:
        return 0;
    }

• 我在这里做错什么了？为了在Linux上正确地运行它，我必须稍微改变一下&在OSX上运行Linux版本会导致分段错误，但是为什么它要在这个操作系统上工作而不是这个呢？
• 这是否与我在每个上下文中分配的堆栈大小有关？
• 我应该为我的信号分配一个堆栈空间吗？(它说，如果我不使用，那么它使用默认堆栈，如果我这样做了，这并没有真正的区别)？
• 如果在mac上使用ucontext永远不会给出可预测的行为，那么在osx上实现用户线程的替代方案是什么呢？我试着使用tmrjump & longjmp，但是遇到了相同的问题，即当上下文在执行特定函数的过程中被中断时，我如何才能得到上下文被中断的确切位置，以便继续下一次中断的位置？

Answer 1

经过几天的测试和调试，我终于得到了这个结果。我不得不深入研究ucontext.h的实现，发现了2 OS之间的不同之处。结果表明，ucontext.h的OSX实现与Linux的实现不同。例如，mcontext_t结构在ucontext_t结构中，n=usually保存寄存器的值(PI、SP、BP、通用寄存器.)在OSX中，每个上下文都声明为指针，而在Linux上则不是。需要设置的其他两个差异--特别是上下文的堆栈指针(rsp)寄存器、基指针(rbp)寄存器、指令指针(rip)寄存器、目标索引(rdi)寄存器.所有这些都必须在开始/创建每个上下文时以及第一次返回之后正确设置。我还使用了top create mcontext结构来保存这些寄存器，并让我的ucontext_t结构的uc_mcontext指针指向它。在完成所有这些工作之后，我能够使用在sa_sigaction信号处理程序函数中作为参数传递的sa_sigaction指针(在我将它重铸到ucontext_t之后)，以便完全恢复上次上下文中断的位置。说到底那是件很麻烦的事情。任何对更多细节感兴趣的人都可以给我发信息。JJ出去。