进程、线程、协程的作用和区别

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程序在操作系统运行时,分为进程、线程、协程,本文主要介绍他们之见的作用和区别。

进程

进程(Process) 是一个具有一定独立功能的程序在一个数据集上的一次动态执行过程,是操作系统进行资源分配和调度的一个独立单位,是应用程序运行的载体。进程是一种抽象的概念,从来没有统一的标准定义。

进程一般由程序数据集合进程控制块三部分组成:

  • 程序:进程要完成的功能,是控制进程执行的指令集
  • 数据集合是程序在执行时所需要的数据和工作区
  • 程序控制块(Program Control Block,简称PCB),包含进程的描述信息和控制信息,是进程存在的唯一标志

进程具有的特征:

  • 动态性:进程是程序的一次执行过程,是临时的,有生命期的,是动态产生,动态消亡的
  • 并发性:任何进程都可以同其他进程一起并发执行
  • 独立性:进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位,每个进程都有自己的独立内存空间,不同进程通过进程间通信来通信
  • 结构性:进程由程序数据集合进程控制块三部分组成
  • 进程比较重量,占据独立的内存,上下文进程间的切换开销(寄存器虚拟内存文件句柄等)比较大,但相对比较稳定安全

线程

线程解决进程之间的切换开销较大,无法满足越来越复杂的程序的要求而设计。

线程(Thread) 是进程的一个实体,是CPU调度和分派的基本单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位。一个进程可以有一个或多个线程组成。

线程基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源(如程序计数器,一组寄存器和栈),但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。

线程间通信主要通过共享内存,上下文切换很快,资源开销较少,但相比进程不够稳定容易丢失数据。

协程

协程(Coroutine)是一种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,在切回来的时候,恢复先前保存的寄存器上下文和栈,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。

区别

关系

  • 进程 > 线程 > 协程
  • 线程进程 创建,属于 进程协程进程 更小程度的划分,更轻便、灵活

进程与线程

  • 线程是程序执行的最小单位,而进程是操作系统分配资源的最小单位
  • 一个进程由一个或多个线程组成,线程是一个进程中代码的不同执行路线
  • 进程之间相互独立,但同一进程下的各个线程之间共享程序的内存空间(包括代码段、数据集、堆等)及一些进程级的资源(如打开文件和信号),某进程内的线程在其它进程不可见
  • 调度和切换:线程上下文切换比进程上下文切换要快得多

协程与线程

  • 一个线程可以多个协程,一个进程也可以单独拥有多个协程
  • 线程进程都是同步机制,而协程则是异步
  • 协程能保留上一次调用时的状态,每次过程重入时,就相当于进入上一次调用的状态
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