一种高性能CGO跨语言调用方法

本发明涉及跨语言调用，具体涉及一种高性能cgo跨语言调用方法。

背景技术：

1、go语言，又称golang。go语言的语法简单，易于开发，且有垃圾回收、多返回值、并发编程等高级语言特性，深受开发者欢迎。

2、go语言提供了一种名为cgo的跨语言互调机制，可以使go和c两种语言的代码互相调用，从而较为方便地复用历史遗留的、或者高性能的c代码库。然而，cgo调用的性能一直为用户所诟病，它的调用链冗长，调用开销较高。通过对go语言调用c语言中的空函数，以及对c语言重复调用n(n＝1m)次go语言中的空函数进行实验，分别统计单次cgo调用的平均开销，得到如表1所示的结果。从中可见，go语言调用c语言、c语言调用go语言的开销均远高于go语言调用go语言，具体可达48倍-2707倍。

3、表1 cgo的调用开销

4、 调用方式 时间 go语言调用go语言 1.442ns go语言调用c语言 69.90ns c语言调用go语言(go语言为宿主语言) 119.749ns c语言调用go语言(c语言为宿主语言) 3904.44ns

5、这种情况主要由go语言的运行时调度模型gmp所致，运行时调度模型gmp中的g代表goroutine，即go协程，m代表machine或worker thread，即传统意义上的系统线程，p代表processor，即用户级代码逻辑处理器。如图1所示，go语言的调度单元是一个go协程，只有当系统线程m与一个逻辑处理器p关联后才能执行该逻辑处理器p队列lrq中的go协程，除非系统线程m发生阻塞或在进行系统调用时间过长时没有与之关联的逻辑处理器p。

6、在gmp模型下，若go语言的函数的运行时间过长会导致go协程被抢占，垃圾收集(gc)执行时会导致所有的go协程被挂起；而当go语言的函数调用c语言的函数时，c语言的函数的执行会限制go语言运行时的调度行为，此时会将运行c语言的系统线程m做标记，并将该系统线程m从go语言运行时的调度范围去除。

7、此外，go协程的栈空间大小是动态变化的,初始为2kb，而c语言的函数的执行可能需要一个静态未知的更大栈空间，故不适合直接在go协程的栈空间上执行c语言的函数。go语言运行时会有一个特殊go协程g0，负责对每个运行在系统线程m上的go协程进行调度和管理；特殊go协程g0在系统线程m初始化时会被分配大小固定且超过常规go协程栈的系统栈。如图2所示，当go语言的函数调用c语言的函数时，会切换到特殊go协程g0的系统栈上执行，在c语言的函数调用返回go语言的函数时需要再切换回来；这种切换是导致cgo调用开销高的主要原因。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种高性能cgo跨语言调用方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种高性能cgo跨语言调用方法，对go语言跨语言互调中的逻辑处理器p和系统线程m进行惰性解绑：go语言与c语言相互调用过程中，如果go协程收到go语言发送的抢占信号时，进行如下步骤：

4、a)跳转到go语言的信号处理函数；

5、b)将当前go协程所在的逻辑处理器p和系统线程m解绑，并标记进入系统调用状态；

6、c)转到c语言的函数执行，此时所述的系统线程m被划分到go语言的运行时调度范围外；

7、d)当c语言的函数执行结束或者c语言的函数回调go语言的函数时，判断逻辑处理器p和系统线程m在c语言的函数执行前是否进行过解绑，如是，则重新绑定逻辑处理器p和系统线程m后再执行go语言的函数。

8、进一步地，包括取消go语言和c语言跨语言互调中的栈切换：

9、在go语言程序编译时，通过以下方式获取c语言的函数的栈空间使用上界spacec：用户指定、对c语言的函数执行静态分析、默认大小；

10、当go语言的函数调用c语言的函数时，根据spacec的值为执行c语言函数的go协程指示栈空间大小，使c语言的函数以及go语言的函数均可运行在go协程的同一块栈空间中。

11、与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：

12、本发明将解绑逻辑处理器p和系统线程m这一操作从整体的跨语言调用流程中取消，只在go语言运行时尝试抢占处于hcgo调用过程中的go协程时被调用，从而能够使得在大多数情况下的跨语言调用都不需要执行这一操作；通过取消栈切换来优化跨语言调用链，降低调用开销。

技术特征：

1.一种高性能cgo跨语言调用方法，其特征在于，对go语言跨语言调用中的逻辑处理器p和系统线程m进行惰性解绑：go语言与c语言相互调用过程中，如果go协程收到go语言发送的抢占信号，进行如下步骤：

2.根据权利要求1所述的高性能cgo跨语言调用方法，其特征在于，包括取消go语言和c语言跨语言互调中的栈切换：

技术总结
本发明涉及跨语言调用技术领域，公开了一种高性能CGO跨语言调用方法，将解绑逻辑处理器P和系统线程M这一操作从整体的跨语言调用流程中取消，只在Go语言运行时尝试抢占处于HCGO调用过程中的Go协程时被调用，从而能够使得在大多数情况下的跨语言调用都不需要执行这一操作；通过取消栈切换来优化跨语言调用链，降低调用开销。

技术研发人员：张昱,丁伯尧,陈金宝,韩超群,廖堉哲,徐林
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13