線程、進程、協程（多進程，多線程）

關於進程間通訊pipe，內存共享mmap的詳細介紹

進程

進程是程序的一次執行過程，是一個動態概念，是程序在執行過程當中分配和管理資源的基本單位，每個進程都有一個本身的地址空間，至少有 5 種基本狀態，它們是：初始態，執行態，等待狀態，就緒狀態，終止狀態。

線程

線程是CPU調度和分派的基本單位，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。

協程

協程，是一種比線程更加輕量級的存在，協程不是被操做系統內核所管理，而徹底是由程序所控制（也就是在用戶態執行）。這樣帶來的好處就是性能獲得了很大的提高，不會像線程切換那樣消耗資源。協程在子程序內部是可中斷的，而後轉而執行別的子程序，在適當的時候再返回來接着執行。

併發

併發：在操做系統中，是指一個時間段中有幾個程序都處於已啓動運行到運行完畢之間，且這幾個程序都是在同一個處理機上運行。其中兩種併發關係分別是同步和互斥

互斥

互斥：進程間相互排斥的使用臨界資源的現象，就叫互斥

同步

同步：進程之間的關係不是相互排斥臨界資源的關係，而是相互依賴的關係。進一步的說明：就是前一個進程的輸出做爲後一個進程的輸入，當第一個進程沒有輸出時第二個進程必須等待。具備同步關係的一組併發進程相互發送的信息稱爲消息或事件。其中併發又有僞併發和真併發，僞併發是指單核處理器的併發，真併發是指多核處理器的併發。

並行

並行：在單處理器中多道程序設計系統中，進程被交替執行，表現出一種併發的外部特種；在多處理器系統中，進程不只能夠交替執行，並且能夠重疊執行。在多處理器上的程序纔可實現並行處理。從而可知，並行是針對多處理器而言的。並行是同時發生的多個併發事件，具備併發的含義，但併發不必定並行，也亦是說併發事件之間不必定要同一時刻發生。

異步

異步：異步和同步是相對的，同步就是順序執行，執行完一個再執行下一個，須要等待、協調運行。異步就是彼此獨立,在等待某事件的過程當中繼續作本身的事，不須要等待這一事件完成後再工做。線程就是實現異步的一個方式。異步是讓調用方法的主線程不須要同步等待另外一線程的完成，從而可讓主線程幹其它的事情。
異步和多線程並非一個同等關係,異步是最終目的,多線程只是咱們實現異步的一種手段。異步是當一個調用請求發送給被調用者,而調用者不用等待其結果的返回而能夠作其它的事情。實現異步能夠採用多線程技術或則交給另外的進程來處理。

進程和線程

• 進程是資源分配的最小單位，線程是程序執行的最小單位。
• 進程有本身的獨立地址空間，每啓動一個進程，系統就會爲它分配地址空間，創建數據表來維護代碼段、堆棧段和數據段。而線程是共享進程中的數據的，使用相同的地址空間，所以CPU切換一個線程的花費遠比進程要小不少，同時建立一個線程的開銷也比進程要小不少。
• 線程之間的通訊更方便，同一進程下的線程共享全局變量、靜態變量等數據，而進程之間的通訊須要以通訊的方式（IPC)進行。不過如何處理好同步與互斥是編寫多線程程序的難點。
• 可是多進程程序更健壯，多線程程序只要有一個線程死掉，整個進程也死掉了，而一個進程死掉並不會對另一個進程形成影響，由於進程有本身獨立的地址空間。

協程和線程

• 極高的執行效率：由於子程序切換不是線程切換，而是由程序自身控制，所以，沒有線程切換的開銷，和多線程比，線程數量越多，協程的性能優點就越明顯；
• 不須要多線程的鎖機制：由於只有一個線程，也不存在同時寫變量衝突，在協程中控制共享資源不加鎖，只須要判斷狀態就行了，因此執行效率比多線程高不少。

線程間的通訊方式

• 使用全局變量
• 鎖機制：包括互斥鎖、條件變量、讀寫鎖
• 信號量機制(Semaphore)：包括無名線程信號量和命名線程信號量
• 信號機制(Signal)：相似進程間的信號處理

線程間的同步方式

• 臨界區（Critical Section）、互斥對象（Mutex）：主要用於互斥控制；都具備擁有權的控制方法，只有擁有該對象的線程才能執行任務，因此擁有，執行完任務後必定要釋放該對象。
• 信號量（Semaphore）、事件對象（Event）：事件對象是以通知的方式進行控制，主要用於同步控制！

進程間的通訊方式

• 管道(PIPE)：管道是一種半雙工的通訊方式，數據只能單向流動，並且只能在具備親緣關係(父子進程)的進程間使用。另外管道傳送的是無格式的字節流，而且管道緩衝區的大小是有限的（管道緩衝區存在於內存中，在管道建立時，爲緩衝區分配一個頁面大小）。
• 有名管道 (FIFO)： 有名管道也是半雙工的通訊方式，可是它容許無親緣關係進程間的通訊。
• 信號(Signal)： 信號是一種比較複雜的通訊方式，用於通知接收進程某個事件已經發生。
• 信號量(Semaphore)：信號量是一個計數器，能夠用來控制多個進程對共享資源的訪問。它常做爲一種鎖機制，防止某進程正在訪問共享資源時，其餘進程也訪問該資源。所以，主要做爲進程間以及同一進程內不一樣線程之間的同步手段。
• 消息隊列(Message Queue)：消息隊列是由消息的鏈表，存放在內核中並由消息隊列標識符標識。消息隊列克服了信號傳遞信息少、管道只能承載無格式字節流以及緩衝區大小受限等缺點。
• 共享內存(Shared Memory )：共享內存就是映射一段能被其餘進程所訪問的內存，這段共享內存由一個進程建立，但多個進程均可以訪問。共享內存是最快的 IPC 方式，它是針對其餘進程間通訊方式運行效率低而專門設計的。它每每與其餘通訊機制，如信號量，配合使用，來實現進程間的同步和通訊。
• 套接字(Socket)： 套解口也是一種進程間通訊機制，與其餘通訊機制不一樣的是，它可用於不一樣主機間的進程通訊。

多進程與多線程

• 多進程模型的優點是CPU

• 多線程模型主要優點爲線程間切換代價較小，所以適用於I/O密集型的工做場景，所以I/O密集型的工做場景常常會因爲I/O阻塞致使頻繁的切換線程。同時，多線
  程模型也適用於單機多核分佈式場景。
• 多進程模型，適用於CPU密集型。同時，多進程模型也適用於多機分佈式場景
  中，易於多機擴展。

• （1）線程執行開銷小，但不利於資源管理和保護；進程則相反，進程可跨越機器遷移。

  （2）多進程時每一個進程都有本身的內存空間，而多線程間共享內存空間；

  （3）線程產生的速度快，線程間通訊快、切換快；

  （4）線程的資源利用率比較好；

  （5）線程使用公共變量或者資源時須要同步機制。

參考連接：

【1】https://www.jianshu.com/p/354066717f78

【2】http://www.javashuo.com/article/p-gssvmvcp-bx.html

【3】https://blog.csdn.net/qq_32621445/article/details/78635951

【4】http://blog.sina.com.cn/s/blog_bf63e2650102xcu6.html

【5】http://www.javashuo.com/article/p-kdjgsgvj-kd.html

【6】http://www.javashuo.com/article/p-mxvkvufb-dg.html

【7】https://blog.csdn.net/N1314N/article/details/93711852

【8】https://zhuanlan.zhihu.com/p/34016871