Question

我想知道是否可以在Linux上的用户空间中的单个进程中实现本机代码的抢占式多任务处理。（也就是说，从外部暂停一些正在运行的本机代码，保存上下文，在不同的上下文中交换，以及恢复执行，所有这些都由用户空间协调，但使用可能进入内核的调用。）我以为这可以使用信号来完成SIGALRM和*context()系列的处理程序，但事实证明整个*context()系列都是async-signal-unsafe，因此无法确保此方法有效。我确实找到了一个实现这个想法的gist，所以显然它确实在Linux上运行，至少有时候，即使POSIX不需要工作。 gist将此作为SIGALRM上的信号处理程序安装，进行多次*context()次调用：

void
timer_interrupt(int j, siginfo_t *si, void *old_context)
{
    /* Create new scheduler context */
    getcontext(&signal_context);
    signal_context.uc_stack.ss_sp = signal_stack;
    signal_context.uc_stack.ss_size = STACKSIZE;
    signal_context.uc_stack.ss_flags = 0;
    sigemptyset(&signal_context.uc_sigmask);
    makecontext(&signal_context, scheduler, 1);

    /* save running thread, jump to scheduler */
    swapcontext(cur_context,&signal_context);
}

Linux是否提供使此方法正确的保证？有没有办法使这个正确吗？有没有完全不同的方法来正确地做到这一点？

（通过“在用户空间中实现”我并不是说我们永远不会进入内核。我的意思是与内核实现的抢占式多任务进行对比。）

Answer 1

您无法可靠地更改信号处理程序中的上下文。（如果你是从某个信号处理程序那样做的，它通常通常在实践中工作，但并非总是如此，因此它是undefined behavior）。

您可以在信号处理程序中设置一些volatile sig_atomic_t标记（请参阅sig_atomic_t）（请参阅signal(7)，signal-safety(7)，sigreturn(2) ...）和在代码中检查标志（例如，每隔几毫秒），例如至少每隔几毫秒一次，例如在大多数呼叫之前，或者在event loop内，如果你有一个等等......那么它就变成了合作用户土地调度。

如果您可以更改代码，则更容易做到，例如当你设计一些发出C代码的编译器（一个common practice），或者你破解你的C编译器发出这样的测试。然后，您将更改代码生成器，以便有时在生成的代码中发出此类测试。

您可能希望禁止阻止系统调用，并将其替换为non-blocking变体或包装器。另请参阅poll(2)，fcntl(2)与F_SETFL和O_NONBLOCK等...

您可能希望代码生成器避免使用大型调用堆栈，例如：像海湾合作委员会-fsplit-stack instrumentation option那样（在GCC中读到splitstacks）。

如果你生成（或写一些）汇编程序，你可以使用这些技巧。 AFAIK Go编译器对其goroutines使用类似的东西。研究你的ABI，例如来自here。

但是，内核启动的抢占式调度更可取（在Linux上仍会在进程或内核任务之间发生，请参阅clone(2)）。

PS。如果使用类似技巧的垃圾收集技术对您感兴趣，请查看MPS和Cheney on the MTA（例如转到Chicken Scheme）。

可以在Linux上的用户空间中实现本机代码的抢占式多任务处理吗？

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