浅谈进程、线程、协程

2019-03-05

概念

进程：计算机中的程序关于某数据集合的一次运行活动，是系统资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。进程间切换开销比较大，但相对安全稳定。以前：进程是程序的基本执行单位。现在：进程是线程的容器。
- 进程是一个实体，每个进程都有对应的地址空间。一般包括：文本区域、数据区域、堆栈
  - 文本区域：存储处理器执行的代码
  - 数据区域：存储变量和进程执行期间使用的动态分配的内存
  - 堆栈：存储活动过程调用的指令和本地变量
- 进程是一个活动的实体，执行中的程序。
线程：可以被称为轻量级的进程。线程是进程的一个实体，是CPU调用和分派的基本单位。线程不拥有系统资源，只有运行中必不可少的资源，但线程可以和他所属的进程共享进程所属的全部资源。每个线程有自己独立的上下文，切换受系统控制。
- 线程是由线程ID、当前指令指针(PC)、寄存器集合和堆栈组成
- 线程的三种状态：就绪状态、执行状态、堵塞状态
协程：可以被称为用户态的轻量级线程。协程的调度完全由用户控制。协程拥有自己的寄存器上下文和栈。协程调度切换时，将寄存器上下文和栈保存到其他地方，切回是恢复先前保存的寄存器上下文和栈即可。可以不加锁的访问全局变量。所以协程切换非常快

进程和线程的比较
- 地址空间：线程是进程内的执行单元，进程内至少由一个线程共享进程的地址空间，而进程由自己独立的地址空间
- 资源：进程是资源分配和拥有的单位，同一个进程中的线程共享进程的资源
- 进程是系统资源分配和调度的基本单位，线程是CPU调度的基本单位
- 每个线程都有程序运行的入口、顺序执行序列和出口，但线程不能独立的运行，必须依存在进程中，由进程提供多线程执行控制
- 进程和线程都可并发执行
线程和协程的比较
- 线程可以拥有多个协程，进程也可以独立拥有多个协程。（由于全局解释锁（GIL）的存在，python不能真正的进行多线程执行，但协程的存在使得python也能利用多核CPU）
- 线程调度由系统控制，协程调度则是由用户控制
- 进程和线程都是同步机制，协程是异步机制
- 协程保存上一次调用的状态，每次重新进入时，就相当于进入了上一次的调用状态（python典型：yield）

并行运行的效率高于并行运行