ucontext的简单介绍

• 简介
• 结构体
• 函数
  • getcontext
  • setcontext
  • makecontext
  • swapcontext

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_t和ucontext_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getcontext、setcontext、makecontext、swapcontext。

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setcontext其ucp参数为makecontext的ucp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。

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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 ↩︎