2024秋冬季开源操作系统训练营四阶段学习总结报告-颜熙炆

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+title: 2024秋冬季开源操作系统训练营四阶段学习总结报告-颜熙炆
+date: 2024-12-21 22:59:33
+categories:
+    - report
+tags:
+    - author: ZIYAN137
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+# 第一周:
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+## 有栈协程与无栈协程
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+协程这块的概念可能比较混乱，不太能说得清，但是计科毕竟大多数情况下也不是深究定义的，所以纤程、绿色线程、协程大体上是可以混为一谈的，以下我们统称为协程。
+尽管名称可能不同，但它们都可以被划分为两大类，一类是有栈（stackful）协程，一类是无栈（stackless）协程。
+此处的有栈和无栈指的不是指协程在运行时是否需要栈，（毕竟不能回到“远古时代”的面条式编程）对于大多数语言来说，一个函数调用另一个函数，总是存在调用栈的；而是指协程是否可以在其任意嵌套函数中被挂起。有栈协程是可以的，而无栈协程则不可以。
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+### 有栈协程
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+实现一个协程的关键点在于如何保存、恢复和切换上下文。
+在有栈协程中，我们将函数作为协程，保存上下文也就是保存从这个函数及其嵌套函数的栈帧存储的值。恢复上下文则是将这些值重新写回对应的栈帧和寄存器当中。切换上下文也就是保存当前的上下文，恢复下一个要执行的函数的上下文。有栈协程就是这么地朴素，也是我这种刚听说协程的萌新最易于理解的一种协程实现。
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+### 无栈协程
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+相比于无栈协程直接切换栈帧的思路，无栈协程则没有改变调用栈。而是使用了生成器（一种特殊的迭代器，能够在函数的执行过程中保存状态，并在需要时恢复执行）。这种特性可以用来模拟协程切换的行为，从而实现上下文切换。
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+无栈协程就是把代码转换成状态机，我们可以将 Future 视为一种协程。
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+rust的 Future 是通过状态机的形式来实现异步操作的。每个 Future 都是一个状态机，表示一个可能尚未完成的计算。
+它通过轮询（polling）的方式推进计算过程，直到完成。
+poll 方法会被异步运行时反复调用，当 Future 返回 Poll::Pending 时表示还没准备好，当返回 Poll::Ready 时表示完成。
+所以，对future的运算实际上也就可以视为是在执行协程。
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+它不依赖操作系统或运行时的栈切换，而是通过将状态信息嵌入到 Future 的数据结构中。这样可以在编译时生成高效的代码来管理异步操作。
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+### rust的协程
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+rust在古早版本（1.0之前）曾经有过一个有栈协程的方案——绿色线程。但是由于不符合零成本抽象的思想被移除了。此外，对于rust而言，绿色线程需要尽可能地减小预分配的堆栈大小，进而降低内存上的开销，毕竟需要比操作系统的线程更加轻量级，否则为什么不直接使用操作系统的线程呢？
+之后，rust使用了无栈协程的方案，虽然增加了开发上的复杂度，但是良好地解决了并发问题。
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+## 其他
+阅读了：
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+https://os.phil-opp.com/async-await/
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+两百行实现绿色线程：
+https://zhuanlan.zhihu.com/p/100058478
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+# 第二周: 
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+基本上就读读tokio和smol的源码，但是说实话，没太看明白，但是smol确实会更简单易懂一点。剩下的就是在读io_uring
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+## io_uring机制
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+io_uring的设计主要围绕着环形缓冲区实现，SQ和CQ都是环形的，并且大小都是2的n次方（位运算奇技淫巧 index % size == index & (size - 1)，当且仅当size为2的n次方时成立）。并且由于 UInt 的回环，所以可以直接tail - head，这种设计的一个优势是可以利用环的完整大小，而无需额外管理“环已满”标志。
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+应用程序与内核通过io_uring交互的过程大致如下：
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+应用程序通过提交队列SQ将SQE（IO请求）提交给内核，内核操作完成之后通过完成队列CQ将CQE（完成的IO请求）写回给应用程序，应用程序自行处理已完成的事件。
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+SQ 和 CQ 是内核与应用程序共享的内存区域，这样子，我们避免了频繁的用户态和内核态之间的切换，并且支持批量地提交请求，也减少了系统调用的次数，提高了性能。此外，由于 io_uring 可以直接访问用户态提供的缓冲区，避免不必要的内存拷贝操作。
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+## 其他
+看了io_uring的一些资料：
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+https://kernel.dk/io_uring.pdf
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+https://zhuanlan.zhihu.com/p/361955546
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+稍微看了看:
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+https://tony612.github.io/tokio-internals/01.html
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+# 第三周: 
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+## 实现运行时
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+大体上是参考了 [async-rt-book](https://toetoe55.github.io/async-rt-book/Introduction.html) 和 [maglev](https://github.com/ringbahn/maglev) 这两个写出来的
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+仓库在[my_runtime](https://github.com/ZIYAN137/my_runtime.git)
+
+## 其他
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+读了点与异步协程运行时以及IO_Uring有关的一些资料
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+一个实验性质的运行时: https://github.com/ringbahn/maglev
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+训练营内的一位同学的博客：https://zhuanlan.zhihu.com/p/12850908116
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+rust与io_uring: https://zhuanlan.zhihu.com/p/346219893
+
+无栈协程: https://mthli.xyz/coroutines-in-c/
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