windows 纖程

纖程本質上也是線程，是多任務系統的一部分，纖程為一個線程准並行方式調用多個不同函數提供了一種可能，它本身可以作為一種輕量級的線程使用。它與線程在本質上沒有區別，它也有上下文環境，纖程的上下文環境也是一組寄存器和調用堆棧。它是比線程更小的調度單位。注意一般我們認為線程是操作系統調用的最小單位，而纖程相比於線程來說更小，但是它是有程序員自己調用，而不由操作系統調用。系統在調度線程的時候會陷入到內核態，線程對象本身也是一種內核對象，而纖程完全是建立在用戶層上，它不是內核對象也沒有對象的句柄。通過纖程的機制實際就繞開了Windows的隨機調度線程執行的行為,調度算法由應用程序自己實現，這對一些並行算法非常有意義。因為纖程和線程本質上的類同性,所以也要按照理解線程為函數調用器的方式來理解纖程。

纖程的創建

纖程的創建需要必須建立在線程的基礎之上。在線程中調用函數ConvertThreadToFiber可以將一個線程轉化為纖程（或者說將一個線程與纖程綁定，以后可以將該纖程看做主纖程）。其他的纖程函數必須在纖程中調用，也就是說，如果目前在線程中，需要調用ConverThreadToFiber將線程轉化為纖程，才能調用對應的API。這個函數的原型如下：

LPVOID WINAPI ConvertThreadToFiber(
  LPVOID lpParameter
);

這個函數傳入一個參數，類似於CreateThread函數中的線程函數參數，如果我們在主纖程中需要使用到它，可以使用宏GetFiberData取得這個參數。
在調用這個函數創建新纖程后，系統大概會給纖程分配200字節的棧空間，用來執行纖程函數，和保存纖程環境。這個環境由下面幾個部分的內容組成：
1. 用戶定義的值，這個值就是纖程回調函數中傳入的參數
2. 新的結構化異常處理的鏈表頭
3. 纖程內存棧的最高和最低地址，當線程轉換為纖程的時候，這也是線程的內存棧。之前說過纖程棧是在建立在線程的基礎之上，保留這兩個值是為了當纖程還原為線程后，用來還原線程棧環境
4. 各種CPU寄存器環境，相當於線程的CONTENT，但是沒有這個結構那么復雜，它只是保存了幾個簡單的寄存器的值。需要特別注意的一點是，它並沒有保存對應浮點數寄存器FPU的值，所以在纖程中使用浮點數計算可能會出現未知錯誤。如果一定要計算浮點數，那么可以使用ConverThreadToFiberEx,在第二個參數的位置傳入FIBER_FLAG_FLOAT_SWITCH值，表示將初始化並保存FPU。
可以在主纖程中調用CreateFiber函數創建子纖程。該函數原型如下：

LPVOID WINAPI CreateFiber(
  DWORD dwStackSize, 
  LPFIBER_START_ROUTINE lpStartAddress, 
  LPVOID lpParameter 
);

第一個參數是纖程的堆棧大小，默認給0的話，它會根據實際需求創建對應大小的堆棧，纖程的堆棧是建立在線程的基礎之上，我們可以這樣理解，它是從線程的堆棧中隔離一塊作為纖程的堆棧。本質上它的堆棧是放在線程的堆棧上。
第二個參數是一個回調，與線程函數類似，這個函數是一個纖程函數。
第三個參數是傳遞到回調函數中的參數。
函數CreateFiber 和 ConvertThreadToFiber 函數都返回一個void* 的指針，用來唯一標識一個纖程，在這我們可以將它理解為纖程的HANDLE .

纖程的刪除

當纖程結束時需要調用DeleteFiber來刪除線程，類似於CloseHandle來結束對應的內核對象。如果是調用轉化函數由線程轉化而來，調用DeleteFiber相當於調用ExitThread來終止線程，所以對於這種情況，最好是將纖程轉化為線程，然后再設計一套合理的線程退出機制。

纖程的調度

在任何一個纖程內部調用SwitchToFiber函數，將纖程的void*指針傳入，即可切換到對應的纖程，該函數可以在任意幾個纖程中進行切換，不管這些纖程是在一個線程中或者在不同的線程中。但是最好不要在不同線程中的纖程中進行切換，它可能會帶來意想不到的情況，假設存在這樣一種情況，線程A創建纖程FA，線程B創建纖程FB，當我們在系統運行線程A時將纖程從FA切換到FB，由於纖程的堆棧是建立在線程之上的，所以這個時候纖程B仍然使用線程A的堆棧，但是它應該使用的線程B的堆棧，這樣可能會對線程A的堆棧造成一定的破壞。
下面是纖使用的一個具體的例子：

#define PRIMARY_FIBER 0
#define WRITE_FIBER 1
#define READ_FIBER 2
#define FIBER_COUNT 3
#define COPY_LENGTH 512

VOID CALLBACK ReadFiber(LPVOID lpParam);
VOID CALLBACK WriteFiber(LPVOID lpParam);

typedef struct _tagFIBER_STRUCT
{
    DWORD dwFiberHandle;
    HANDLE hFile;
    LPVOID lpParam;
}FIBER_STRUCT, *LPFIBER_STRUCT;

char *g_lpBuffer = NULL;
LPVOID g_lpFiber[FIBER_COUNT] = {};
void GetApp(LPTSTR lpPath, int nBufLen)
{
    TCHAR szBuf[MAX_PATH] = _T("");
    GetModuleFileName(NULL, szBuf, MAX_PATH);

    int nLen = _tcslen(szBuf);
    for(int i = nLen; i > 0; i--)
    {
        if(szBuf[i] == '\\')
        {
            szBuf[i + 1] = _T('\0');
            break;
        }
    }

    nLen = _tcslen(szBuf) + 1;
    int nCopyLen = min(nLen, nBufLen);
    StringCchCopy(lpPath, nCopyLen, szBuf);
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    g_lpBuffer = (char*)HeapAlloc(GetProcessHeap(), HEAP_ZERO_MEMORY, COPY_LENGTH);
    FIBER_STRUCT fs[FIBER_COUNT] = {0};

    TCHAR szDestPath[MAX_PATH] = _T("");
    TCHAR szSrcPath[MAX_PATH] = _T("");
    GetApp(szDestPath, MAX_PATH);
    GetApp(szSrcPath, MAX_PATH);
    StringCchCat(szSrcPath, MAX_PATH, _T("2.jpg"));
    StringCchCat(szDestPath, MAX_PATH, _T("2_Cpy.jpg"));

    HANDLE hSrcFile = CreateFile(szSrcPath, GENERIC_READ, 0, NULL, OPEN_EXISTING, 0, NULL);
    HANDLE hDestFile = CreateFile(szDestPath, GENERIC_WRITE, 0, NULL, CREATE_ALWAYS, 0, NULL);

    fs[PRIMARY_FIBER].hFile = INVALID_HANDLE_VALUE;
    fs[PRIMARY_FIBER].lpParam = NULL;
    fs[PRIMARY_FIBER].dwFiberHandle = 0x00001234;

    fs[WRITE_FIBER].hFile = hDestFile;
    fs[WRITE_FIBER].lpParam = NULL;
    fs[WRITE_FIBER].dwFiberHandle = 0x12345678;

    fs[READ_FIBER].hFile = hSrcFile;
    fs[READ_FIBER].dwFiberHandle = 0x78563412;
    fs[READ_FIBER].lpParam = NULL;

    g_lpFiber[PRIMARY_FIBER] = ConvertThreadToFiber(&fs[PRIMARY_FIBER]);    
    g_lpFiber[READ_FIBER] = CreateFiber(0, (LPFIBER_START_ROUTINE)ReadFiber, &fs[READ_FIBER]);
    g_lpFiber[WRITE_FIBER] = CreateFiber(0, (LPFIBER_START_ROUTINE)WriteFiber, &fs[WRITE_FIBER]);

    //切換到讀纖程
    SwitchToFiber(g_lpFiber[READ_FIBER]);

    //刪除纖程
    DeleteFiber(g_lpFiber[WRITE_FIBER]);
    DeleteFiber(g_lpFiber[READ_FIBER]);

    CloseHandle(fs[READ_FIBER].hFile);
    CloseHandle(fs[WRITE_FIBER].hFile);

    //變回線程
    ConvertFiberToThread();
    return 0;
}

VOID CALLBACK ReadFiber(LPVOID lpParam)
{
    //拷貝文件
    while (TRUE)
    {
        LPFIBER_STRUCT pFS = (LPFIBER_STRUCT)lpParam;
        printf("切換到[%08x]纖程\n", pFS->dwFiberHandle);
        DWORD dwReadLen = 0;
        ZeroMemory(g_lpBuffer, COPY_LENGTH);
        ReadFile(pFS->hFile, g_lpBuffer, COPY_LENGTH, &dwReadLen, NULL);
        SwitchToFiber(g_lpFiber[WRITE_FIBER]);
        if(dwReadLen < COPY_LENGTH)
        {
            break;
        }
    }

    SwitchToFiber(g_lpFiber[PRIMARY_FIBER]);
}

VOID CALLBACK WriteFiber(LPVOID lpParam)
{
    while (TRUE)
    {
        LPFIBER_STRUCT pFS = (LPFIBER_STRUCT)lpParam;
        printf("切換到[%08x]纖程\n", pFS->dwFiberHandle);
        DWORD dwWriteLen = 0;
        WriteFile(pFS->hFile, g_lpBuffer, COPY_LENGTH, &dwWriteLen, NULL);
        SwitchToFiber(g_lpFiber[READ_FIBER]);
        if(dwWriteLen < COPY_LENGTH)
        {
            break;
        }
    }

    SwitchToFiber(g_lpFiber[PRIMARY_FIBER]);
}

上面這段代碼中首先將主線程轉化為主纖程，然后創建兩個纖程，分別用來讀文件和寫文件，然后保存這三個纖程。並定義了一個結構體用來向各個纖程函數傳入對應的參數。在主線程的后面首先切換到讀纖程，在讀纖程中利用源文件的句柄，讀入512字節的內容，然后切換到寫纖程，將讀到的這些內容寫回到磁盤的新文件中完成拷貝，然后切換到讀纖程，這樣不停的在讀纖程和寫纖程中進行切換，直到文件拷貝完畢。再切換回主纖程，最后在主纖程中刪除讀寫纖程，將主纖程轉化為線程並結束線程。