本文目的

前两章节已经详细的向大家介绍过进程（详见 ）和线程（详见 ）。本文旨在向大家详细的介绍进程-线程-协程的基本关系。

基本概念

进程

进程是具有一定独立功能的程序在某个数据集合上的一次运行过程,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。由于进程占据独立的内存，所以上下文进程间的切换开销（栈、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.线程自己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

协程是一种用户态的轻量级线程，协程的调度完全由用户控制

并行与并发

并发

并发，在操作系统中，是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间，且这几个程序都是在同一个处理机上运行，但任一个时刻点上只有一个程序在处理机上运行。

并行

并行是指"并排行走"或"同时实行或实施"。在操作系统中是指，一组程序按独立异步的速度执行，不等于时间上的重叠（同一个时刻发生)。要区别并发。并发是指：在同一个时间段内，两个或多个程序执行，有时间上的重叠（宏观上是同时，微观上仍是顺序执行）

并发和并行从宏观上来讲都是同时处理多路请求的概念。但并发和并行又有区别，并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生；而并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。 并发的设计使到并发执行成为可能，而并行是并发执行的其中一种模式。

并行与并发

简单理解

进程

进程的出现是为了更好的利用CPU资源使到并发成为可能。 假设有两个任务A和B，当A遇到I/O操作，CPU默默的等待任务A读取完操作再去执行任务B，这样无疑是对CPU资源的极大的浪费。于是人们就在想如果在任务A读取数据时，让任务B执行，当任务A读取完数据后，再切换到任务A执行。注意关键字切换，那么这就涉及到了状态的保存，状态的恢复，加上任务A与任务B所需要的系统资源（内存，硬盘，键盘等等）是不一样的。自然而然的就需要有一个东西去记录任务A和任务B分别需要什么资源，怎样去识别任务A和任务B等等。于是进程就被发明出来了。通过进程来分配系统资源，标识任务。如何分配CPU去执行进程称之为调度，进程状态的记录，恢复，切换称之为上下文切换。进程是系统资源分配的最小单位，进程占用的资源有：地址空间，全局变量，文件描述符，各种硬件等等资源。

线程

线程的出现是为了降低上下文切换的消耗，提高系统的并发性，并突破一个进程只能干一样事的缺陷，使到进程内并发成为可能。假设，一个文本程序，需要接受键盘输入，将内容显示在屏幕上，还需要保存信息到硬盘中。若只有一个进程，势必造成同一时间只能干一样事的尴尬（当保存时，就不能通过键盘输入内容）。若有多个进程，每个进程负责一个任务，进程A负责接收键盘输入的任务，进程B负责将内容显示在屏幕上的任务，进程C负责保存内容到硬盘中的任务。这里进程A，B，C间的协作涉及到了进程通信问题，而且有共同都需要拥有的东西—文本内容，不停的切换造成性能上的损失。若有一种机制，可以使任务A，B，C共享资源，这样上下文切换所需要保存和恢复的内容就少了，同时又可以减少通信所带来的性能损耗，那就好了。是的，这种机制就是线程。线程共享进程的大部分资源，并参与CPU的调度, 当然线程自己也是拥有自己的资源的，例如，栈，寄存器等等。 此时，进程同时也是线程的容器。线程也是有着自己的缺陷的，例如健壮性差，若一个线程挂掉了，整一个进程也挂掉了，这意味着其它线程也挂掉了，进程却没有这个问题，一个进程挂掉，另外的进程还是活着。

协程

协程通过在线程中实现调度，避免了陷入内核级别的上下文切换造成的性能损失，进而突破了线程在IO上的性能瓶颈。 当涉及到大规模的并发连接时，例如一万连接。以线程作为处理单元，系统调度的开销还是过大。当连接数很多，需要大量的线程来干活，可能大部分的线程处于Ready状态， 系统会不断地进行上下文切换。既然性能瓶颈在上下文切换，那解决思路也就有了，在线程中自己实现调度，不陷入内核级别的上下文切换。

总结：

进程出现优化了CPU的调度。CPU（单核）与进程对应关系为一对一。

线程出现优化了进程的调度。进程与线程对应关系为一对多。

协程出现优化了线程的调度。线程与协程对应关系为一对多。

进程-线程-协程关系

拓展：

（1）单CPU中进程只能是并发，多CPU计算机中进程可以并行。

（2）单CPU单核中线程只能并发，单CPU多核中线程可以并行。

（3） 无论是并发还是并行，使用者来看，看到的是多进程，多线程。

区别与联系

区别

1. 操作级别：进程，线程是操作系统级的，协程是语言级的。

2. 机制：进程，线程是同步机制，而协程则是异步机制。

3. 空间：进程拥有自己独立的堆和栈，既不共享堆，亦不共享栈。线程拥有自己独立的栈和共享的堆，共享堆，不共享栈。协程和线程一样共享堆，不共享栈。

4. 属性：线程作为调度和分配的基本单位，进程作为拥有资源的基本单位。

5. 资源分配：进程是拥有资源的一个独立单位，线程不拥有系统资源，但可以访问隶属于进程的资源。进程所维护的是程序所包含的资源（静态资源）， 如：地址空间，打开的文件句柄集，文件系统状态，信号处理handler等；线程所维护的运行相关的资源（动态资源），如：运行栈，调度相关的控制信息，待处理的信号集等；

6. 系统开销：在创建或撤消进程时，由于系统都要为之分配和回收资源，导致系统的开销明显大于创建或撤消线程时的开销。但是进程有独立的地址空间，一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其它进程产生影响，而线程只是一个进程中的不同执行路径。线程有自己的堆栈和局部变量，但线程之间没有单独的地址空间，一个进程死掉就等于所有的线程死掉，所以多进程的程序要比多线程的程序健壮，但在进程切换时，耗费资源较大，效率要差一些。

7. 耗时：线程上下文切换比进程上下文切换耗时更短。线程创建和销毁所需要的时间比进程小很多。

8. 属性：线程有自己的私有属性TCB，线程id，寄存器、硬件上下文，而进程也有自己的私有属性进程控制块PCB，这些私有属性是不被共享的，用来标示一个进程或一个线程的标志

9. 使用场景：IO密集型一般使用多线程或者多进程，CPU密集型一般使用多进程。

联系

（1）协程是一种用户态的轻量级线程，线程是轻量级的进程

（2）一个进程包含多个线程，一个线程包含多个协程。

（3）同一个进程中可以包括多个线程，并且线程共享整个进程的资源（寄存器、堆栈、上下文）。线程是进程内的一个执行单元，进程内至少有一个线程，线程才是真正的运行单位。它们共享进程的地址空间，而进程有自己独立的地址空间。

（4）进程结束后它拥有的所有线程都将销毁，而线程的结束不会影响同个进程中的其他线程的结束

本文的初衷为学习笔记的分享，部分图文来源于网络，如侵，联删。

閱讀更多 晒的被人砍 的文章

關鍵字: 中央处理器 私有 属性