第1 2章 纖 程

????M i c r o s o f t公司給Wi n d o w s添加了一種纖程，以便能夠非常容易地將現有的 U N I X服務器應用程序移植到Wi n d o w s中。U N I X服務器應用程序屬于單線程應用程序（由 Wi n d o w s定義） ，但是它能夠為多個客戶程序提供服務。換句話說， U N I X應用程序的開發人員已經創建了他們自己的線程結構庫，他們能夠使用這種線程結構庫來仿真純線程。該線程包能夠創建多個堆棧，

保存某些C P U寄存器，并且在它們之間進行切換，以便為客戶機請求提供服務。

????顯然，若要取得最佳的性能，這些 U N I X應用程序必須重新設計，仿真的線程庫應該用Wi n d o w s提供的純線程來替代。然而，這種重新設計需要花費數月甚至更長的時間才能完成，因此許多公司首先將它們現有的 U N I X代碼移植到Wi n d o w s中，這樣就能夠將某些應用軟件推向Wi n d o w s市場。

????當你將U N I X代碼移植到Wi n d o w s中時，一些問題就會因此而產生。尤其是 Wi n d o w s管理線程的內存棧的方法要比簡單地分配內存復雜得多。 Wi n d o w s內存棧開始時的物理存儲器的容量比較小，然后根據需要逐步擴大。這個過程在第 1 6章“線程的堆棧”中詳細介紹。由于結構化異常處理機制的原因，代碼的移植就更加復雜了。

為了能夠更快和更正確地將它們的代碼移植到 Wi n d o w s中，M i c r o s o f t公司在操作系統中添加了纖程。本章將要介紹纖程的概念、負責操作纖程的函數以及如何利用纖程的特性。要記住，如果有設計得更好的使用Wi n d o w s自身線程的應用程序，那么應該避免使用纖程。

纖程的操作

? 首先要注意的一個問題是，實現線程的是Wi n d o w s內核。操作系統清楚地知道線程的情況，并且根據M i c r o s o f t定義的算法對線程進行調度。纖程是以用戶方式代碼來實現的，內核并不知道纖程，并且它們是根據用戶定義的算法來調度的。由于你定義了纖程的調度算法，因此，就內核而言，纖程采用非搶占式調度方式。

需要了解的下一個問題是，單線程可以包含一個或多個纖程。就內核而言，線程是搶占調度的，是正在執行的代碼。然而，線程每次執行一個纖程的代碼 — 你決定究竟執行哪個纖程（隨著我們講解的深入，這些概念將會越來越清楚） 。

?當使用纖程時，你必須執行的第一步操作是將現有的線程轉換成一個纖程。可以通過調用C o n v e r t T h r e a d To F i b e r函數來執行這項操作：

PVOID ConvertThreadToFiber(PVOID pvParam);

????該函數為纖程的執行環境分配相應的內存（約為2 0 0字節） 。該執行環境由下列元素組成：

? 一個用戶定義的值，它被初始化為傳遞給C o n v e r t T h r e a d To F i b e r的p v P a r a m參數的值。

? 結構化異常處理鏈的頭。

? 纖程內存棧的最高和最低地址（當將線程轉換成纖程時，這也是線程的內存棧） 。

? CPU寄存器，包括堆棧指針、指令指針和其他。

? 當對纖程的執行環境進行分配和初始化后，就可以將執行環境的地址與線程關聯起來。該線程被轉換成一個纖程，而纖程則在該線程上運行。 C o n v e r t T h r e a d To F i b e r函數實際上返回纖程的執行環境的內存地址。雖然必須在晚些時候使用該地址，但是決不應該自己對該執行環境數據進行讀寫操作，因為必要時纖程函數會為你對該結構的內容進行操作。現在，如果你的纖程（線程）返回或調用E x i t T h r e a d函數，那么纖程和線程都會終止運行。

? 除非打算創建更多的纖程以便在同一個線程上運行，否則沒有理由將線程轉換成纖程。若要創建另一個纖程，該線程（當前正在運行纖程的線程）可以調用 C r e a t e F i b e r函數：

PVOID CreateFiber(

????DWORD dwStackSize,

????PFIBER_START_POUTINE pfnStartAddress,

????PVOID pvParam);

? C r e a t e F i b e r首先設法創建一個新內存棧，它的大小由d w S t a c k S i z e參數來指明。通常傳遞的參數是0，按照默認設置，它創建一個內存棧，其大小可以擴展為 1 M B，不過開始時有兩個存儲器頁面用于該內存棧。如果設定一個非0值，那么就用設定的大小來保存和使用內存棧。接著，C r e a t e F i b e r函數分配一個新的纖程執行環境結構，并對它進行初始化。該用戶定義的值被設置為傳遞給C r e a t e F i b e r的p v P a r a m參數的值，新內存棧的最高和最低地址被保存，同時，纖程函數的內存地址（作為p f n S t a r t A d d r e s s參數來傳遞）也被保存。P f n S t a r t A d d r e s s參數用于設定必須實現的纖程例程的地址，它必須采用下面的原型:

VOID WINAPI FiberFunc(PVOID pvParam);

? 當纖程被初次調度時，該函數就開始運行，并且將原先傳遞給 C r e a t e F i b e r的p v P a r a m的值傳遞給它。可以在這個纖程函數中執行想執行的任何操作。但是該函數的原型規定返回值是V O I D，這并不是因為返回值沒有任何意義，而是因為該函數根本不應該返回。如果纖程確實返回了，那么線程和該線程創建的所有纖程將立即被撤消。

與C o n v e r t T h r e a d To F i b e r函數一樣，C r e a t e F i b e r函數也返回纖程運行環境的內存地址。 但是，與C o n v e r t T h r e a d To F i b e r不同的是，這個新纖程并不執行，因為當前運行的纖程仍然在執行。在單個線程上，每次只能運行一個纖程。若要使新纖程能夠運行，可以調用 Switch To Fiber函數：

VOID SwitchToFiber(PVOID pvFiberExecutionContext);

Switch To Fiber函數只有一個參數，即 p v F i b e r E x e c u t i o n C o n t e x t，它是上次調用C o n v e r t T h r e a d To F i b e r或C r e a t e F i b e r函數時返回的纖程的執行環境的內存地址。該內存地址告訴該函數要對哪個纖程進行調度。S w i t c h To F i b e r函數在內部執行下列操作步驟：

1) 它負責將某些當前的C P U寄存器保存在當前運行的纖程執行環境中，包括指令指針寄存器和堆棧指針寄存器。

2) 它將上一次保存在即將運行的纖程的執行環境中的寄存器裝入 C P U寄存器。這些寄存器包括堆棧指針寄存器。這樣，當線程繼續執行時，就可以使用該纖程的內存棧。

3) 它將纖程的執行環境與線程關聯起來，線程運行特定的纖程。

4) 它將線程的指令指針設置為已保存的指令指針。線程（纖程）從該纖程上次執行的地方開始繼續執行。

? S w i t c h To F i b e r函數是纖程獲得C P U時間的唯一途徑。由于你的代碼必須在相應的時間顯式調用S w i t c h To F i b e r函數，因此你對纖程的調度可以實施全面的控制。記住，纖程的調度與線程調度毫不相干。纖程運行所依賴的線程始終都可以由操作系統終止其運行。當線程被調度時，當前選定的纖程開始運行，而其他纖程則不能運行，除非顯式調用 S w i t c h To F i b e r函數。若要撤消纖程，可以調用D e l e t e F i b e r函數：

VOID DeleteFiber(PVOID pvFiberExecutionContext);

? 該函數用于刪除p v F i b e r E x e c u t i o n C o n t e x t參數指明的纖程，當然這是纖程的執行環境的地址。該函數能夠釋放纖程棧使用的內存，然后撤消纖程的執行環境。但是，如果傳遞了當前與線程相關聯的纖程地址，那么該函數就在內部調用 E x i t T h r e a d函數，該線程及其創建的所有纖程全部被撤消。

? D e l e t e F i b e r函數通常由一個纖程調用，以便刪除另一個纖程。已經刪除的纖程的內存棧將被撤消，纖程的執行環境被釋放。注意，纖程與線程之間的差別在于，線程通常通過調用E x i t T h r e a d函數將自己撤消。實際上，用一個線程調用 Te r m i n a t e T h r e a d函數來終止另一個線程的運行，是一種不好的方法。如果你確實調用了 Te r m i n a t e T h r e a d函數，系統并不撤消已經終止

運行的線程的內存棧。可以利用纖程的這種能力來刪除另一個纖程，后面介紹示例應用程序時將說明這是如何實現的。

????為了使操作更加方便，還可以使用另外兩個纖程函數。一個線程每次可以執行一個纖程，操作系統始終都知道當前哪個纖程與該線程相關聯。如果想要獲得當前運行的纖程的執行環境的地址，可以調用G e t C u r r e n t F i b e r函數：

? ? ?PVOID GetCurrentFiber();

? 另一個使用非常方便的函數是G e t F i b e r D a t a：

? ? ?PVOID GetFiberData();

? 前面講過，每個纖程的執行環境包含一個用戶定義的值。這個值使用作為 C o n v e r t T h r e a dTo F i b e r或C r e a t e F i b e r的p v P a r a m參數而傳遞的值進行初始化。該值也可以作為纖程函數的參數來傳遞。G e t F i b e r D a t a只是查看當前執行的纖程的執行環境，并返回保存的值。

? 無論G e t C u r r e n t F i b e r還是G e t F i b e r D a t a，運行速度都很快，并且通常是作為內蘊函數(infrinsic funcfion)來實現的，這意味著編譯器能夠為這些函數生成內聯代碼。

?

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Windows核心编程 第十二章 纤程的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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