淺談進程、線程和協程三者之間的區別和聯繫

1、進程、線程、協程

1，進程

經典定義：一個執行中程序的實例。系統中的每一個程序都運行在某個進程的上下文中。（-摘自 CSAPP）

進程是系統資源分配的最小單位

 

2，線程（thread）

線程就是運行在進程上下文中的邏輯流。

線程是操做系統可以進行運算調度的最小單位。

 

3，協程

相對子例程而言，協程更爲通常和靈活，但在實踐中使用沒有子例程那樣普遍。

根據維基百科對子例程的描述：是一個大型程序中的某部分代碼，由一個或多個語句塊組成。它負責完成某項特定任務，並且相較於其餘代碼，具有相對的獨立性。我能夠將子例程理解爲一個函數。

 

4，區別和聯繫

首先，進程提供給應用程序的關鍵抽象爲：

• 一個獨立的邏輯控制流：它提供一個假象，好像咱們的程序獨佔地使用處理器。
• 一個私有的地址空間，它提供一個假象，好像咱們的程序獨佔地使用內存系統。

從以上描述我能夠看出，一個進程是一個獨立進行的任務，它佔用的系統資源有：地址空間，全局變量，文件描述符，硬件資源等。

 

進程出現的目的，是爲了更好的利用CPU資源。例如：

假設有兩個任務A和B，當A遇到IO操做，CPU默默的等待任務A讀取完操做再去執行任務B，這樣無疑是對CPU資源的極大的浪費。若在任務A讀取數據時，讓任務B執行，當任務A讀取完數據後，再切換到任務A執行，這樣就能夠更好地利用CPU資源。這裏的切換涉及到狀態的保存，狀態的恢復，須要有一個東西去記錄任務A和任務B分別須要什麼資源，怎樣去識別任務A和任務B，這時進程就出現了。

所以，經過進程來分配系統資源，標識任務。

如何分配CPU去執行進程稱之爲調度，進程狀態的記錄，恢復，上下文切換（簡稱切換）。

 

其次，若上面說起的任務A是一個文本程序，須要接受鍵盤輸入，將內容顯示在屏幕上，還須要保存信息到硬盤中。

若只有一個進程，會形成同一時間只能幹同樣事的尷尬（當保存時，就不能經過鍵盤輸入內容）。如有多個進程，每一個進程負責一個任務，進程A負責接收鍵盤輸入的任務，進程B負責將內容顯示在屏幕上的任務，進程C負責保存內容到硬盤中的任務。這裏進程A，B，C間的協做涉及到了進程通訊問題，並且有共同都須要擁有的東西-------文本內容，不停的切換形成性能上的損失。如有一種機制，可使任務A，B，C共享資源，這樣上下文切換所須要保存和恢復的內容就少了，同時又能夠減小通訊所帶來的性能損耗，那就行了。這時線程出現了。

所以，線程共享進程的大部分資源，並參與CPU的調度。

 

 

假設當涉及到大規模的併發請求鏈接時，例若有一萬我的同時鏈接個人服務器，但系統資源有限，若是以線程做爲處理單元，調內部系統資源的話大部分線程都處於等待狀態，但用了協程就能夠實現線程本身調度，不陷入內核級別的上下文切換。這時協程出現了。

所以，協程經過在線程中實現調度，避免了陷入內核級別的上下文切換形成的性能損失，進而突破了線程在IO上的性能瓶頸。

 

爲何協程不須要通過內核級別的上下文切換，我是這樣認爲的：

進程和線程都是操做系統自帶的，協程是有些程序原生支持的，例如go，lua， 有些是後期版本纔有的，好比python2.5 C#等。

 

 

2、小結

以前作遊戲服務器時就對這塊概念不是很清晰，如今作流媒體服務時又碰到了這樣的困惑，所以專門看書思考整理了相關的知識點，網上也參考了許多例子。若是有錯誤還望及時指正。

在此引用一位從事服務器開發的前輩說的話：

核心只有一個， 線程是操做系統調度，協程是用戶態調度。
協程沒必要須是語言集成，例如C語言能夠用setjmp/longjmp實現，也能夠本身經過改變esp指針換棧實現協程。

協程自己跟高吞吐沒任何關係，基於io多路複用+回調就能夠實現高併發和高吞吐。 引入協程是爲了將回調邏輯變成線性同步邏輯。

 

參考資料

維基百科_進程

維基百科_線程

維基百科_協程

簡書_進程，線程，協程與並行，併發

進程、線程、輕量級進程、協程與 go 的 goroutine【轉載+整理】

博客園_進程和線程、協程的區別