进程、线程和协程的理解

转自： http://blog.csdn.net/guyan0319 https://blog.csdn.net/guyan0319/article/details/79411626

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。

（完）