协程、线程 切换成本

协程的切换过程

协程的切换过程涉及到用户态的调度器，它负责协程的调度和切换。下面是协程切换的一般过程以及用户态调度器的工作原理：

协程切换的过程

1. 当前协程执行到阻塞点：当一个协程执行到了一个阻塞点，比如等待I/O操作完成或等待某个信号量。

2. 协程主动放弃CPU：当前协程主动放弃CPU控制权，将控制权交给用户态调度器。

3. 调度器选择下一个可执行的协程：用户态调度器根据一定的调度策略选择下一个可执行的协程。

4. 切换到下一个协程：调度器将CPU控制权切换到下一个选中的协程，开始执行该协程。

用户态调度器的工作原理

用户态调度器是由用户自己编写的调度程序，它位于应用程序的用户态而不是操作系统内核中。用户态调度器通常由一个循环组成，不断地选择和切换协程。

1. 协程队列：用户态调度器维护一个协程队列，存储当前可执行的协程。

2. 调度策略：调度器根据一定的调度策略（如抢占式调度、轮转调度等）从队列中选择下一个要执行的协程。

3. 切换协程：调度器负责协程的切换，包括保存当前协程的上下文信息（如寄存器状态、栈指针等）并恢复下一个要执行的协程的上下文信息。

4. 时间片管理：如果采用抢占式调度策略，调度器可能会根据时间片的使用情况来决定是否切换到下一个协程。

用户态调度器的优点

1. 灵活性：用户态调度器是应用程序自己管理的，可以根据实际需要实现各种灵活的调度策略。

2. 轻量级：用户态调度器通常比操作系统内核中的调度器更轻量级，不需要涉及系统调用和内核态切换，因此具有更低的开销。

3. 定制性：用户态调度器可以针对特定的应用场景进行定制和优化，提高应用程序的性能和并发能力。

注意事项

1. 调度器性能：用户态调度器的性能直接影响到整个应用程序的性能，因此需要合理设计和优化调度器的实现。

2. 死锁和饥饿：不当的调度策略可能会导致死锁或饥饿现象，需要注意避免这些问题的发生。

用户态调度器是实现协程并发的关键组成部分，理解其工作原理和设计思想对于编写高效的并发程序非常重要。

线程的切换过程

线程切换的过程

1. 当前线程执行到阻塞点：当一个线程执行到了一个阻塞点，比如等待I/O操作完成或等待某个锁。

2. 线程放弃CPU：当前线程放弃CPU控制权，通知操作系统内核，表示自己处于阻塞状态。

3. 操作系统内核调度器选择下一个可执行的线程：操作系统内核的调度器根据一定的调度策略选择下一个可执行的线程。

4. 切换到下一个线程：调度器将CPU控制权切换到下一个选中的线程，开始执行该线程。

操作系统内核调度器的工作原理

操作系统内核调度器位于操作系统内核中，负责管理和调度系统中的所有线程。它的工作原理与用户态调度器略有不同：

1. 线程队列：操作系统内核调度器维护一个线程队列，存储当前可执行的线程。

2. 调度策略：调度器根据一定的调度策略（如先来先服务、优先级调度、多级反馈队列调度等）从队列中选择下一个要执行的线程。

3. 切换线程：调度器负责线程的切换，包括保存当前线程的上下文信息（如寄存器状态、栈指针等）并恢复下一个要执行的线程的上下文信息。

4. 时间片管理：调度器可能会根据时间片的使用情况来决定是否切换到下一个线程。

操作系统内核调度器的优点

1. 多任务支持：操作系统内核调度器能够同时管理多个线程，实现真正的多任务处理。

2. 优先级调度：调度器可以根据线程的优先级进行调度，确保高优先级的线程优先执行。

3. 资源管理：调度器负责管理系统资源的分配和释放，保证系统资源的合理利用。

注意事项

1. 内核态切换开销：与用户态调度器相比，操作系统内核调度器的切换开销通常更高，因为涉及到内核态和用户态的切换。

2. 锁竞争：线程切换时可能涉及到锁的竞争，需要注意避免因为锁竞争导致的性能问题。

3. 上下文切换成本：线程切换的开销相对较高，特别是在多核系统上，需要考虑上下文切换的成本。

理解操作系统内核调度器的工作原理对于编写高效的并发程序非常重要，因为它直接影响到系统的性能和响应速度。