1.进程、线程和协程的区别和联系

发布时间 2023-09-16 19:02:21作者: CodeMagicianT

1.进程、线程和协程的区别和联系

进程 线程 协程
定义 进程可以定义为一个执行中的程序实例、资源分配和拥有的基本单位 程序执行的基本单位 用户态的轻量级线程,线程内部调度的基本单位
切换情况 进程CPU环境(栈、寄存器、页表和文件句柄等)的保存以及新调度的进程CPU环境的设置 保存和设置程序计数器、少量寄存器和栈的内容 先将寄存器上下文和栈保存,等切换回来的时候再进行恢复
切换者 操作系统 操作系统 用户
切换过程 用户态->内核态->用户态 用户态->内核态->用户态 用户态(没有陷入内核)
调用栈 内核栈 内核栈 用户栈
拥有资源 CPU资源、内存资源、文件资源和句柄等 程序计数器、寄存器、栈和状态字 拥有自己的寄存器上下文和栈
并发性 不同进程之间切换实现并发,各自占用CPU实现并行 一个进程内部的多个线程并发执行 同一时间只能执行一个协程,而其他协程处于休眠状态,适合对任务进行分时处理
系统开销 切换虚拟地址空间,切换内核栈和硬件上下文,CPU高速缓存失效、页表切换,开销很大 切换时只需保存和设置少量寄存器内容,因此开销很小 直接操作栈则基本没有内核切换的开销,可以不加锁的访问全局变量,所以上下文的切换非常快
通信方面 进程间通信需要借助操作系统 线程间可以直接读写进程数据段(如全局变量)来进行通信 共享内存、消息队列

1.进程是资源分配的基本单位,运行一个可执行程序会创建一个或多个进程,进程就是运行起来的可执行程序

2.线程是资源调度的基本单位,也是程序执行的基本单位,是轻量级的进程。每个进程中都有唯一的主线程,且只能有一个,主线程和进程是相互依存的关系,主线程结束进程也会结束。多提一句:协程是用户态的轻量级线程,线程内部调度的基本单位

1.进程组成

2.操作系统运行机制

3.进程的状态与转换

4.调用栈

进程调用栈是内核栈,"进程调用栈"通常简单地称为“调用栈”或“栈”,是用于跟踪进程中函数调用序列的数据结构。当进程执行并调用函数时,函数的上下文信息(如局部变量、参数、返回地址等)都会存储在调用栈上。

栈帧:每次函数被调用时,都会在栈上创建一个新的栈帧。每个栈帧包含:

  • 被调用函数的返回地址
  • 局部变量
  • 传递给函数的参数
  • 在某些情况下,保存的寄存器状态

5.线程概念、多线程模型

6.协程

协程,是一种比线程更加轻量级的存在,协程不是被操作系统内核所管理,而完全是由程序所控制(也就是在用户态执行)。这样带来的好处就是性能得到了很大的提升,不会像线程切换那样消耗资源。

子程序,或者称为函数,在所有语言中都是层级调用,比如A调用B,B在执行过程中又调用了C,C执行完毕返回,B执行完毕返回,最后是A执行完毕。所以子程序调用是通过栈实现的,一个线程就是执行一个子程序。子程序调用总是一个入口,一次返回,调用顺序是明确的。而协程的调用和子程序不同。

协程在子程序内部是可中断的,然后转而执行别的子程序,在适当的时候再返回来接着执行。

def A():
    print '1'
    print '2'
    print '3'

def B():
    print 'x'
    print 'y'
    print 'z'

假设由协程执行,在执行A的过程中,可以随时中断,去执行B,B也可能在执行过程中中断再去执行A,结果可能是:1 2 x y 3 z。

协程的特点在于是一个线程执行,那和多线程比,协程有何优势?

极高的执行效率:因为子程序切换不是线程切换,而是由程序自身控制,因此,没有线程切换的开销,和多线程比,线程数量越多,协程的性能优势就越明显;

不需要多线程的锁机制:因为只有一个线程,也不存在同时写变量冲突,在协程中控制共享资源不加锁,只需要判断状态就好了,所以执行效率比多线程高很多。

参考资料:

进程、线程和协程之间的区别和联系