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进程、线程和协程的关系与区别

1. 进程(Process)

进程是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度的基本单位,是操作系统结构的基础。

2. 线程(Thread)

线程有时被称为轻量级进程( Lightweight Process, LWP),是程序执行流的最小单元。一个标准的线程由线程ID、当前指令指针(PC)、寄存器集合和堆栈组成。

另外,线程是进程中的一个实体,是被系统独立调度和分派的基本单位。线程自己不拥有系统资源,只拥有一点儿在运行中必不可少的资源,但它可与同属一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源。

线程拥有自己独立的栈和共享的堆,共享堆,不共享栈。线程的切换一般也由操作系统调度。线程具有5种状态:初始化、可运行、运行中、阻塞、销毁。

提示 对操作系统而言,线程是最小的执行单元,进程是最小的资源管理单元。无论是进程还是线 程,都是由操作系统所管理的。

3. 协程(Coroutines)

协程是一种比线程更加轻量级的一种函数。正如一个进程可以拥有多个线程一样,一个线程可以拥有多个协程。协程不是被操作系统内核所管理的,而是完全由程序所控制的,即在用户态执行。 这样带来的好处是:性能有大幅度的提升,因为不会像线程切换那样消耗资源。

提示 协程不是进程也不是线程,而是一个特殊的函数。这个函数可以在某个地方被“挂起”,并且可以重新在挂起处外继续运行。所以说,协程与进程、线程相比并不是一个维度的概念。

一个进程可以包含多个线程,一个线程也可以包含多个协程。简单来说,在一个线程内可以有多个这样的特殊函数在运行,但是有一点必须明确的是:一个线程中的多个协程的运行是串行的。 如果是多核CPU,那多个进程或一个进程内的多个线程是可以并行运行的。但是在一个线程内协程 却绝对是串行的,无论CPU有多少个核毕竟协程虽然是一个特殊的函数,但仍然是一个函数。 一个线程内可以运行多个函数,但这些函数都是串行运行的。当一个协程运行时,其他协程必须被挂起。

进程、线程和协程的关系如下图所示:

进程、线程、协程的关系

4. 进程、线程、协程的对比

进程、线程、协程的对比如下:

  • 协程既不是进程也不是线程,协程仅是一个特殊的函数。协程、进程和线程不是一个维度的。
  • 一个进程可以包含多个线程,一个线程可以包含多个协程。虽然一个线程内的多个协程可以切换但是这多个协程是串行执行的,某个时刻只能有一个线程在运行,没法利用CPU的多核能力。
  • 协程与进程一样,也存在上下文切换问题。
  • 进程的切换者是操作系统,切换时机是根据操作系统自己的切换策略来决定的,用户是无感的。进程的切换内容包括页全局目录、内核栈和硬件上下文,切换内容被保存在内存中。 进程切换过程采用的是“从用户态到内核态再到用户态”的方式,切换效率低。
  • 线程的切换者是操作系统,切换时机是根据操作系统自己的切换策略来决定的,用户是无感的。线程的切换内容包括内核栈和硬件上下文。线程切换内容被保存在内核栈中。线程切换过程采用的是“从用户态到内核态再到用户态”的方式,切换效率中等。
  • 协程的切换者是用户(编程者或应用程序),切换时机是用户自己的程序来决定的。协程的切换内容是硬件上下文,切换内存被保存在用自己的变量(用户栈或堆)中。协程的切换过程只有用户态(即没有陷入内核态),因此切换效率高。
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