9.3 Go调用C

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小牛编辑

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2023-12-01

从这里开始，将深入挖掘关于运行时库部分对于cgo的支持。还记得前面那个test.go吗？这里将继续以它为例子进行分析。

从Go中调用C的函数test，cgo生成的代码调用是runtime.cgocall(_cgo_Cfunc_test, frame)：

void
·_Cfunc_test(struct{uint8 x[8];}p)
{
	runtime·cgocall(_cgo_1b9ecf7f7656_Cfunc_test, &p);
}

其中cgocall的第一个参数_cgo_Cfunc_test是一个由cgo生成并由gcc编译的函数：

void
_cgo_1b9ecf7f7656_Cfunc_test(void *v)
{
	struct {
		int p0;
		char __pad4[4];
	} __attribute__((__packed__)) *a = v;
	test(a->p0);
}

runtime.cgocall将g锁定到m，调用entersyscall，这样不会阻塞其它的goroutine或者垃圾回收，然后调用runtime.asmcgocall(_cgo_Cfunc_test, frame)。

void
runtime·cgocall(void (*fn)(void*), void *arg)
{
	runtime·lockOSThread();
	runtime·entersyscall();
	runtime·asmcgocall(fn, arg);
	runtime·exitsyscall();

	endcgo();
}

将g锁定到m是保证如果在cgo内又回调了Go代码，切换回来时还是在同一个栈中的。关于C调用Go，具体到下一节再分析。

runtime.entersyscall宣布代码进入了系统调用，这样调度器知道在我们运行外部代码，于是它可以创建一个新的M来运行goroutine。调用asmcgocall是不会分裂栈并且不会分配内存的，因此可以安全地在"syscall call"时调用，不用考虑GOMAXPROCS计数。

runtime.asmcgocall是用汇编实现的，它会切换到m的g0栈，然后调用_cgo_Cfunc_test函数。由于m的g0栈不是分段栈，因此切换到m->g0栈(这个栈是操作系统分配的栈)后，可以安全地运行gcc编译的代码以及执行_cgo_Cfunc_test(frame)函数。

_cgo_Cfunc_test使用从frame结构体中取得的参数调用实际的C函数test，将结果记录在frame中，然后返回到runtime.asmcgocall。

重获控制权之后，runtime.asmcgocall切回之前的g(m->curg)的栈，并且返回到runtime.cgocall。

当runtime.cgocall重获控制权之后，它调用exitsyscall，然后将g从m中解锁。exitsyscall后m会阻塞直到它可以运行Go代码而不违反$GOMAXPROCS限制。

以上就是Go调用C时，运行时库方面所做的事情，是不是很简单呢？因为总结起来就两点，第一点是runtime.entersyscall，让cgo产生的外部代码脱离goroutine调度系统。第二点就是切换m的g0栈，这样就不必担忧分段栈方面的问题。

前面讲到m的g0栈时，留了个疑问的。那就是新建M的函数newm只给m的g0栈分配了8K内存，好像并不是一个“无穷”的栈，怎么回事呢？这里回答这个问题......不过我会再额外提两个新问题，希望读者跟着思考(好贱哦，哈哈)。

其实m的g0栈的大小并不在调用newm时分配的8K。在newm函数的最后一步是调用runtime·newosproc，这个函数会调用到操作系统的系统调用，分配一条系统线程。并且做了一个后处理过程--它将m的g0栈指针改掉了！m的g0栈指针会被重新设置为线程的栈，所以前面说m的g0栈是一个“无穷”的栈是正确的，那个分配8K内存的地方只是一个烟雾弹迷惑人的。

好吧，提两个疑问结束这一节内容：

m的g0栈对于每个m是有一个的，cgo调用会切换到这个栈中进行。那么，如果有多次cgo调用同时发生，共用同一个m的栈岂不会冲突？怎么处理？
这一节只分配到了Go调用C，那么如果Go调用C的代码中，又回调了Go函数，这时系统是如何处理的？