用协程模拟操作系统

David Beazley 在 PyCon 上进行过一场关于协程的演讲，他在演讲中演示了如何使用 Python 的协程机制模拟一个多任务的「操作系统」。这两天玩 TIC-80 的时候发现 Lua 也在语言层面上支持协程，同样可以用来实现这个「操作系统」，干脆就当成是一个 Kata 吧。

代码：manque-os

与真正的操作系统相比，这个小型的「操作系统」可简单多了。系统中一共有三种角色：

任务（Task）

一个任务就是一个包裹着协程的对象。当一个任务被创建之后，它会获得一个 ID，然后被放入等候队列中，以供调度器进行调度。当一个任务被调度器从等候队列中选出来运行时，它会执行成员函数 run()，唤醒它包裹的协程并传值给它，此时协程接收参数并开始执行，直到遇到下一个 yield。遇到 yield 语句后，控制权将返回给调度器，因此一个 yield 语句可以看成是操作系统中的陷阱（Trap），而调度器在这里充当操作系统的角色。
系统调用（System Call）

既然是操作系统，那就肯定少不了系统调用。在真实的操作系统中，系统调用是应用程序请求服务的一种方式。而在这个项目中，系统调用由任务发起，也就是让调度器根据任务执行的返回值来决定开启哪种系统服务。而任务执行的返回值其实就是任务中包裹的协程中 yield 语句的返回值，因此系统调用本质上是由任务中包裹的协程通过 yield 语句返回一个系统调用对象来发起。通过定义一个系统调用父类，再派生出一系列具体的系统调用子类，即可提供各种系统服务。此项目中实现的系统调用包括：创建新任务、获取任务 ID、结束任务，以及等待某个任务完成。
调度器（Scheduler）

调度器中存储了一个等待队列，一个任务字典（保存任务 ID 到任务的映射)和一个等待结束字典（保存任务 ID 到其等待结束队列的映射）。像之前说的那样，任务创建后会被放入等候队列，调度器会循环选择等候队列中的任务来执行。任务执行后（任务执行完毕或者遇到 yield 语句）会给调度器返回结果，调度器根据返回值执行相应的操作。如果返回值表明任务执行完毕，则调度器让任务结束；如果返回值是系统调用，则执行相应的系统服务；而如果是普通的返回值，则将任务再次放入等候队列。特别地，如果调度器得到「等候某个任务完成」的系统调用，则调度器会根据任务 ID 找到需要被等待的任务对应的等待结束队列，并将发出系统调用的任务放入该队列中。当需要被等待的任务结束后，调度器会将其对应的等待结束队列中的任务再次放入等候队列。

附：与 Python 版本的不同

协程的结束方式

在「结束任务」的系统调用中，需要终止协程的操作，但是 Lua 没有提供从外部显式终止协程的接口（WHAT THE HELL)。一种解决办法是等待协程自然结束，这种方法显然不符合要求；另一种方法是向协程发送某个哨符值，让协程抛出异常而终止，这种方法又不太优雅。后来在 Stack Overflow 上学到一种方法：利用调式库中的钩子机制为协程注册一个抛出异常的钩子函数，当协程进入新的一条语句准备执行时，钩子函数会抛出异常并终止协程。
```
  debug.sethook(your_coroutine, function()
      error("almost dead")
  end, "l")
```
isinstance 函数的代替品

由于 Lua 的中类的继承由元表实现，因此可用 getmetatable 函数来代替 Python 中的 isinstance 函数。
```
  # Python
  isinstance(result, SystemCall)
```
```
  -- Lua
  getmetatable(getmetatable(result)) == SystemCall
```

@whichxjy

附：与 Python 版本的不同