进程 线程 协程的相关理解

1、进程
进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操做系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中，进程是程序的基本执行实体；在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。

组成

进程是一个实体。每个进程都有它本身的地址空间，通常状况下，包括文本区域（text region）、数据区域（data region）和堆栈（stack region）。文本区域存储处理器执行的代码；数据区域存储变量和进程执行期间使用的动态分配的内存；堆栈区域存储着活动过程调用的指令和本地变量。

特征
动态性：进程的实质是程序在多道程序系统中的一次执行过程，进程是动态产生，动态消亡的。
并发性：任何进程均可以同其余进程一块儿并发执行
独立性：进程是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统分配资源和调度的独立单位；
异步性：因为进程间的相互制约，使进程具备执行的间断性，即进程按各自独立的、不可预知的速度向前推动
结构特征：进程由程序、数据和进程控制块三部分组成。
多个不一样的进程能够包含相同的程序：一个程序在不一样的数据集里就构成不一样的进程，能获得不一样的结果；可是执行过程当中，程序不能发生改变。

状态

 

2、线程

线程，有时被称为轻量级进程(Lightweight Process，LWP），是程序执行流的最小单元。一个标准的线程由线程ID，当前指令指针(PC），寄存器集合和堆栈组成。另外，线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位，线程本身不拥有系统资源，只拥有一点儿在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的所有资源。

线程是程序中一个单一的顺序控制流程。进程内有一个相对独立的、可调度的执行单元，是系统独立调度和分派CPU的基本单位指令运行时的程序的调度单位。在单个程序中同时运行多个线程完成不一样的工做，称为多线程。

特色

在多线程OS中，一般是在一个进程中包括多个线程，每一个线程都是做为利用CPU的基本单位，是花费最小开销的实体。线程具备如下属性。
1）轻型实体
线程中的实体基本上不拥有系统资源，只是有一点必不可少的、能保证独立运行的资源。
线程的实体包括程序、数据和TCB。线程是动态概念，它的动态特性由线程控制块TCB（Thread Control Block）描述。TCB包括如下信息：
（1）线程状态。
（2）当线程不运行时，被保存的现场资源。
（3）一组执行堆栈。
（4）存放每一个线程的局部变量主存区。
（5）访问同一个进程中的主存和其它资源。
用于指示被执行指令序列的程序计数器、保留局部变量、少数状态参数和返回地址等的一组寄存器和堆栈。
2）独立调度和分派的基本单位。
在多线程OS中，线程是能独立运行的基本单位，于是也是独立调度和分派的基本单位。因为线程很“轻”，故线程的切换很是迅速且开销小（在同一进程中的）。
3）可并发执行。
在一个进程中的多个线程之间，能够并发执行，甚至容许在一个进程中全部线程都能并发执行；一样，不一样进程中的线程也能并发执行，充分利用和发挥了处理机与外围设备并行工做的能力。
4）共享进程资源。

在同一进程中的各个线程，均可以共享该进程所拥有的资源，这首先表如今：全部线程都具备相同的地址空间（进程的地址空间），这意味着，线程能够访问该地址空间的每个虚地址；此外，还能够访问进程所拥有的已打开文件、定时器、信号量机构等。因为同一个进程内的线程共享内存和文件，因此线程之间互相通讯没必要调用内核。

3、协程

协程与子例程同样，协程（coroutine）也是一种程序组件。相对子例程而言，协程更为通常和灵活，但在实践中使用没有子例程那样普遍。协程源自 Simula 和 Modula-2 语言，但也有其余语言支持。
协程不是进程或线程，其执行过程更相似于子例程，或者说不带返回值的函数调用。
一个程序能够包含多个协程，能够对比与一个进程包含多个线程，
于是下面咱们来比较协程和线程。咱们知道多个线程相对独立，有本身的上下文，切换受系统控制；而协程也相对独立，有本身的上下文，可是其切换由本身控制，由当前协程切换到其余协程由当前协程来控制。
协程和线程区别：协程避免了无心义的调度，由此能够提升性能，但也所以，程序员必须本身承担调度的责任，同时，协程也失去了标准线程使用多CPU的能力。

4、进程和线程的关系和区别

 

 

一、地址空间:进程内的一个执行单元;进程至少有一个线程;它们共享进程的地址空间;而进程有本身独立的地址空间;所以线程能够读写一样的数据结构和变量，便于线程之间的通讯。相反，进程间通讯（IPC）很困难且消耗更多资源。
二、资源拥有:进程是资源分配和拥有的单位,同一个进程内的线程共享进程的资源
三、进程是资源的分配和调度的一个独立单元，而线程是CPU调度的基本单元
四、两者都可并发执行.
五、进程的建立调用fork或者vfork，而线程的建立调用pthread_create，进程结束后它拥有的全部线程都将销毁，而线程的结束不会影响同个进程中的其余线程的结束
六、线程有本身的私有属性TCB，线程id，寄存器、硬件上下文，而进程也有本身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

5、优缺点
线程和进程在使用上各有优缺点：线程执行开销小，但不利于资源的管理和保护；而进程正相反。同时，线程适合于在SMP机器上运行，而进程则能够跨机器迁移。

最后送上，从网上找的材料，以图文方式将进程和线程作的很好的解释清晰易懂：

一、

 

计算机的核心是CPU，它承担了全部的计算任务。它就像一座工厂，时刻在运行。
二、

 

假定工厂的电力有限，一次只能供给一个车间使用。也就是说，一个车间开工的时候，其余车间都必须停工。背后的含义就是，单个CPU一次只能运行一个任务。
三、

 

进程就比如工厂的车间，它表明CPU所能处理的单个任务。任一时刻，CPU老是运行一个进程，其余进程处于非运行状态
四、

 

一个车间里，能够有不少工人。他们协同完成一个任务。
五、

 

线程就比如车间里的工人。一个进程能够包括多个线程。
六、

 

车间的空间是工人们共享的，好比许多房间是每一个工人均可以进出的。这象征一个进程的内存空间是共享的，每一个线程均可以使用这些共享内存。
七、

 

但是，每间房间的大小不一样，有些房间最多只能容纳一我的，好比厕所。里面有人的时候，其余人就不能进去了。这表明一个线程使用某些共享内存时，其余线程必须等它结束，才能使用这一块内存。
八、

 

一个防止他人进入的简单方法，就是门口加一把锁。先到的人锁上门，后到的人看到上锁，就在门口排队，等锁打开再进去。这就叫”互斥锁”（Mutual exclusion，缩写 Mutex），防止多个线程同时读写某一块内存区域。
九、

 

还有些房间，能够同时容纳n我的，好比厨房。也就是说，若是人数大于n，多出来的人只能在外面等着。这比如某些内存区域，只能供给固定数目的线程使用。
十、

 

这时的解决方法，就是在门口挂n把钥匙。进去的人就取一把钥匙，出来时再把钥匙挂回原处。后到的人发现钥匙架空了，就知道必须在门口排队等着了。这种作法叫作”信号量”（Semaphore），用来保证多个线程不会互相冲突。

不难看出，mutex是semaphore的一种特殊状况（n=1时）。也就是说，彻底能够用后者替代前者。可是，由于mutex较为简单，且效率高，因此在必须保证资源独占的状况下，仍是采用这种设计。
十一、

 

操做系统的设计，所以能够归结为三点：

（1）以多进程形式，容许多个任务同时运行；

（2）以多线程形式，容许单个任务分红不一样的部分运行；

（3）提供协调机制，一方面防止进程之间和线程之间产生冲突，另外一方面容许进程之间和线程之间共享资源。

进程线程协程的区别

1、概念

　　一、进程

进程是具备必定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。每一个进程都有本身的独立内存空间，不一样进程经过进程间通讯来通讯。因为进程比较重量，占据独立的内存，因此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。

　　二、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.线程本身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),可是它可与同属一个进程的其余的线程共享进程所拥有的所有资源。线程间通讯主要经过共享内存，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。

　　三、协程

协程是一种用户态的轻量级线程，协程的调度彻底由用户控制。协程拥有本身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余地方，在切回来的时候，恢复先前保存的寄存器上下文和栈，直接操做栈则基本没有内核切换的开销，能够不加锁的访问全局变量，因此上下文的切换很是快。

 

2、区别：

　　一、进程与线程比较

线程是指进程内的一个执行单元,也是进程内的可调度实体。线程与进程的区别:
1) 地址空间:线程是进程内的一个执行单元，进程内至少有一个线程，它们共享进程的地址空间，而进程有本身独立的地址空间
2) 资源拥有:进程是资源分配和拥有的单位,同一个进程内的线程共享进程的资源
3) 线程是处理器调度的基本单位,但进程不是
4) 两者都可并发执行

5) 每一个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口，可是线程不可以独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制

　　二、协程与线程进行比较

1) 一个线程能够多个协程，一个进程也能够单独拥有多个协程，这样python中则能使用多核CPU。

2) 线程进程都是同步机制，而协程则是异步

3) 协程能保留上一次调用时的状态，每次过程重入时，就至关于进入上一次调用的状态