進程 線程 協程的相關理解

1、進程
進程（Process）是計算機中的程序關於某數據集合上的一次運行活動，是系統進行資源分配和調度的基本單位，是操做系統結構的基礎。在早期面向進程設計的計算機結構中，進程是程序的基本執行實體；在當代面向線程設計的計算機結構中，進程是線程的容器。程序是指令、數據及其組織形式的描述，進程是程序的實體。

組成

進程是一個實體。每個進程都有它本身的地址空間，通常狀況下，包括文本區域（text region）、數據區域（data region）和堆棧（stack region）。文本區域存儲處理器執行的代碼；數據區域存儲變量和進程執行期間使用的動態分配的內存；堆棧區域存儲着活動過程調用的指令和本地變量。

特徵
動態性：進程的實質是程序在多道程序系統中的一次執行過程，進程是動態產生，動態消亡的。
併發性：任何進程均可以同其餘進程一塊兒併發執行
獨立性：進程是一個能獨立運行的基本單位，同時也是系統分配資源和調度的獨立單位；
異步性：因爲進程間的相互制約，使進程具備執行的間斷性，即進程按各自獨立的、不可預知的速度向前推動
結構特徵：進程由程序、數據和進程控制塊三部分組成。
多個不一樣的進程能夠包含相同的程序：一個程序在不一樣的數據集裏就構成不一樣的進程，能獲得不一樣的結果；可是執行過程當中，程序不能發生改變。

狀態

 

2、線程

線程，有時被稱爲輕量級進程(Lightweight Process，LWP），是程序執行流的最小單元。一個標準的線程由線程ID，當前指令指針(PC），寄存器集合和堆棧組成。另外，線程是進程中的一個實體，是被系統獨立調度和分派的基本單位，線程本身不擁有系統資源，只擁有一點兒在運行中必不可少的資源，但它可與同屬一個進程的其它線程共享進程所擁有的所有資源。

線程是程序中一個單一的順序控制流程。進程內有一個相對獨立的、可調度的執行單元，是系統獨立調度和分派CPU的基本單位指令運行時的程序的調度單位。在單個程序中同時運行多個線程完成不一樣的工做，稱爲多線程。

特色

在多線程OS中，一般是在一個進程中包括多個線程，每一個線程都是做爲利用CPU的基本單位，是花費最小開銷的實體。線程具備如下屬性。
1）輕型實體
線程中的實體基本上不擁有系統資源，只是有一點必不可少的、能保證獨立運行的資源。
線程的實體包括程序、數據和TCB。線程是動態概念，它的動態特性由線程控制塊TCB（Thread Control Block）描述。TCB包括如下信息：
（1）線程狀態。
（2）當線程不運行時，被保存的現場資源。
（3）一組執行堆棧。
（4）存放每一個線程的局部變量主存區。
（5）訪問同一個進程中的主存和其它資源。
用於指示被執行指令序列的程序計數器、保留局部變量、少數狀態參數和返回地址等的一組寄存器和堆棧。
2）獨立調度和分派的基本單位。
在多線程OS中，線程是能獨立運行的基本單位，於是也是獨立調度和分派的基本單位。因爲線程很「輕」，故線程的切換很是迅速且開銷小（在同一進程中的）。
3）可併發執行。
在一個進程中的多個線程之間，能夠併發執行，甚至容許在一個進程中全部線程都能併發執行；一樣，不一樣進程中的線程也能併發執行，充分利用和發揮了處理機與外圍設備並行工做的能力。
4）共享進程資源。

在同一進程中的各個線程，均可以共享該進程所擁有的資源，這首先表如今：全部線程都具備相同的地址空間（進程的地址空間），這意味着，線程能夠訪問該地址空間的每個虛地址；此外，還能夠訪問進程所擁有的已打開文件、定時器、信號量機構等。因爲同一個進程內的線程共享內存和文件，因此線程之間互相通訊沒必要調用內核。

3、協程

協程與子例程同樣，協程（coroutine）也是一種程序組件。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。協程源自 Simula 和 Modula-2 語言，但也有其餘語言支持。
協程不是進程或線程，其執行過程更相似於子例程，或者說不帶返回值的函數調用。
一個程序能夠包含多個協程，能夠對比與一個進程包含多個線程，
於是下面咱們來比較協程和線程。咱們知道多個線程相對獨立，有本身的上下文，切換受系統控制；而協程也相對獨立，有本身的上下文，可是其切換由本身控制，由當前協程切換到其餘協程由當前協程來控制。
協程和線程區別：協程避免了無心義的調度，由此能夠提升性能，但也所以，程序員必須本身承擔調度的責任，同時，協程也失去了標準線程使用多CPU的能力。

4、進程和線程的關係和區別

 

 

一、地址空間:進程內的一個執行單元;進程至少有一個線程;它們共享進程的地址空間;而進程有本身獨立的地址空間;所以線程能夠讀寫一樣的數據結構和變量，便於線程之間的通訊。相反，進程間通訊（IPC）很困難且消耗更多資源。
二、資源擁有:進程是資源分配和擁有的單位,同一個進程內的線程共享進程的資源
三、進程是資源的分配和調度的一個獨立單元，而線程是CPU調度的基本單元
四、兩者都可併發執行.
五、進程的建立調用fork或者vfork，而線程的建立調用pthread_create，進程結束後它擁有的全部線程都將銷燬，而線程的結束不會影響同個進程中的其餘線程的結束
六、線程有本身的私有屬性TCB，線程id，寄存器、硬件上下文，而進程也有本身的私有屬性進程控制塊PCB，這些私有屬性是不被共享的，用來標示一個進程或一個線程的標誌

5、優缺點
線程和進程在使用上各有優缺點：線程執行開銷小，但不利於資源的管理和保護；而進程正相反。同時，線程適合於在SMP機器上運行，而進程則能夠跨機器遷移。

最後送上，從網上找的材料，以圖文方式將進程和線程作的很好的解釋清晰易懂：

一、

 

計算機的核心是CPU，它承擔了全部的計算任務。它就像一座工廠，時刻在運行。
二、

 

假定工廠的電力有限，一次只能供給一個車間使用。也就是說，一個車間開工的時候，其餘車間都必須停工。背後的含義就是，單個CPU一次只能運行一個任務。
三、

 

進程就比如工廠的車間，它表明CPU所能處理的單個任務。任一時刻，CPU老是運行一個進程，其餘進程處於非運行狀態
四、

 

一個車間裏，能夠有不少工人。他們協同完成一個任務。
五、

 

線程就比如車間裏的工人。一個進程能夠包括多個線程。
六、

 

車間的空間是工人們共享的，好比許多房間是每一個工人均可以進出的。這象徵一個進程的內存空間是共享的，每一個線程均可以使用這些共享內存。
七、

 

但是，每間房間的大小不一樣，有些房間最多隻能容納一我的，好比廁所。裏面有人的時候，其餘人就不能進去了。這表明一個線程使用某些共享內存時，其餘線程必須等它結束，才能使用這一塊內存。
八、

 

一個防止他人進入的簡單方法，就是門口加一把鎖。先到的人鎖上門，後到的人看到上鎖，就在門口排隊，等鎖打開再進去。這就叫」互斥鎖」（Mutual exclusion，縮寫 Mutex），防止多個線程同時讀寫某一塊內存區域。
九、

 

還有些房間，能夠同時容納n我的，好比廚房。也就是說，若是人數大於n，多出來的人只能在外面等着。這比如某些內存區域，只能供給固定數目的線程使用。
十、

 

這時的解決方法，就是在門口掛n把鑰匙。進去的人就取一把鑰匙，出來時再把鑰匙掛回原處。後到的人發現鑰匙架空了，就知道必須在門口排隊等着了。這種作法叫作」信號量」（Semaphore），用來保證多個線程不會互相沖突。

不難看出，mutex是semaphore的一種特殊狀況（n=1時）。也就是說，徹底能夠用後者替代前者。可是，由於mutex較爲簡單，且效率高，因此在必須保證資源獨佔的狀況下，仍是採用這種設計。
十一、

 

操做系統的設計，所以能夠歸結爲三點：

（1）以多進程形式，容許多個任務同時運行；

（2）以多線程形式，容許單個任務分紅不一樣的部分運行；

（3）提供協調機制，一方面防止進程之間和線程之間產生衝突，另外一方面容許進程之間和線程之間共享資源。

進程線程協程的區別

1、概念

　　一、進程

進程是具備必定獨立功能的程序關於某個數據集合上的一次運行活動,進程是系統進行資源分配和調度的一個獨立單位。每一個進程都有本身的獨立內存空間，不一樣進程經過進程間通訊來通訊。因爲進程比較重量，佔據獨立的內存，因此上下文進程間的切換開銷（棧、寄存器、虛擬內存、文件句柄等）比較大，但相對比較穩定安全。

　　二、線程

線程是進程的一個實體,是CPU調度和分派的基本單位,它是比進程更小的能獨立運行的基本單位.線程本身基本上不擁有系統資源,只擁有一點在運行中必不可少的資源(如程序計數器,一組寄存器和棧),可是它可與同屬一個進程的其餘的線程共享進程所擁有的所有資源。線程間通訊主要經過共享內存，上下文切換很快，資源開銷較少，但相比進程不夠穩定容易丟失數據。

　　三、協程

協程是一種用戶態的輕量級線程，協程的調度徹底由用戶控制。協程擁有本身的寄存器上下文和棧。協程調度切換時，將寄存器上下文和棧保存到其餘地方，在切回來的時候，恢復先前保存的寄存器上下文和棧，直接操做棧則基本沒有內核切換的開銷，能夠不加鎖的訪問全局變量，因此上下文的切換很是快。

 

2、區別：

　　一、進程與線程比較

線程是指進程內的一個執行單元,也是進程內的可調度實體。線程與進程的區別:
1) 地址空間:線程是進程內的一個執行單元，進程內至少有一個線程，它們共享進程的地址空間，而進程有本身獨立的地址空間
2) 資源擁有:進程是資源分配和擁有的單位,同一個進程內的線程共享進程的資源
3) 線程是處理器調度的基本單位,但進程不是
4) 兩者都可併發執行

5) 每一個獨立的線程有一個程序運行的入口、順序執行序列和程序的出口，可是線程不可以獨立執行，必須依存在應用程序中，由應用程序提供多個線程執行控制

　　二、協程與線程進行比較

1) 一個線程能夠多個協程，一個進程也能夠單獨擁有多個協程，這樣python中則能使用多核CPU。

2) 線程進程都是同步機制，而協程則是異步

3) 協程能保留上一次調用時的狀態，每次過程重入時，就至關於進入上一次調用的狀態