以前的文章讲到了bthread的相关机制，但主要是调度的规则等总体上的流程，关于bthread本身创建和切换相关的细节没有太多涉及，好久没看brpc代码了，这篇聊一下bthread是如何实现在pthread上进行创建和切换的。

一．bthread的本质

我们常说的linux线程指的是Light-weight process(轻量级进程，简成LWP), 在NPTL（Native POSIX Thread Library）的实现里，也就是pthread的实现里，是1:1的，也就是一个pthread对应一个LWP，而bthread则是M:N的，具体到实现上就是bthread运行在pthread上，并且可以在不同的pthread之间切换，一段时间内，同一个pthread可以运行不同的bthread，这很类似于协程，只不过我们常说的协程是N:1线程库，即所有的协程都运行于一个系统线程中，但除了这一点， bthead和协程很类似，它和协程一样，对于一个pthread来说，无论是bthread还是传统意义上的协程，核心都是如何在用户态完成协程或者bthread的切换，以减少上下文切换的开销。通俗地讲可以理解为如何进行各个子程序的切换。我们知道，程序在运行过程中的独有的状态主要有包含局部变量的栈和各个cpu寄存器，要切换本质上就是这些上下文的切换，目前开源生态里有不少组件提供了这些上下文的保存和切换，用于方便大家在用户态切换协程，比较有名的有boost::context，bhtread用到的则是libcontext，一个boost::context的轻量级版本。bthread的切换，具体到实现上，就是每个bthread有一块自己的栈存储空间，切换的时候就是切换栈顶指针和从栈里存取寄存器值。

二、相关汇编基础知识

为了更好的理解，我们需要先了解一下所用到的汇编的相关知识，这里简单介绍下相关的寄存器和指令。

2.1 x86-64CPU通用寄存器

通用寄存器分为寄存器分为被调用者保存寄存器，和调用者保存寄存器。假设有P调用Q的过程，如果值放在了被调用者保存寄存器中，那么需要保证它们的值在Q返回到P时与P刚调用Q时是一样的。Q如何保证这些值不变对于P来是透明的。

2.2 切换用到的x86-64常用汇编指令

三、bthread堆栈创建

bthread栈结构如下，bthread_fcontext_t是void*的别名，bthread_fcontext_t context是栈顶指针：

创建bthread栈的工厂类如下：

其中最核心的代码分别是：
（1）分配存储空间：allocate_stack_storage(&storage, *StackClass::stack_size_flag,FLAGS_guard_page_size)
（2）构造栈内部结构：context = bthread_make_fcontext(storage.bottom, storage.stacksize, entry)
其中（1）暂时不展开讨论，（2）的定义如下：

返回bthread_fcontext_t，也就是栈顶指针，函数有三个参数，第一个参数是bthread栈底指针，第二个是bthread栈大小，第三个是bthread的入口函数地址。

bthread_make_fcontext是直接用汇编写的，代码和解释如下：

可以看到，经过这些代码构造出的bthread栈结构如下：

中间这么多空值是为了和后面堆栈切换的结构相对应。

四、bthread堆栈切换

bthread通过调用jump_stack进行切换，如下：


jump_stack调用的是bthread_jump_fcontext，也是直接用汇编实现的，代码和解释如下：

其中需要注意的是popq r8，在bthread调用切换函数的时候会push rip，对于旧堆栈这个popq取到的就是这个原来push的rip的值。

切换整体上可以分为两大类，切换到一个新建的bthread和切换到一个运行过但未结束的bthread，以上处理过程都能覆盖，前面讲到的新建stack中间空置的部分就是为了对应这个处理流程，新栈和旧栈顶部的结构都是一样的，都是数据寄存器数据的区域，区别就在于下面是否有其他数据，新栈直接就到底部了，运行过的会有原来的其他数据。