進(jìn)程,線程,協(xié)程區(qū)別和聯(lián)系

一、進(jìn)程
??進(jìn)程,直觀點說,保存在硬盤上的程序運行以后,會在內(nèi)存空間里形成一個獨立的內(nèi)存體,這個內(nèi)存體有自己獨立的地址空間,有自己的堆,上級掛靠單位是操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)會以進(jìn)程為單位,分配系統(tǒng)資源(CPU時間片、內(nèi)存等資源),進(jìn)程是資源分配的最小單位。

【進(jìn)程間通信(IPC)】:

管道(Pipe)、命名管道(FIFO)、消息隊列(Message Queue) 、信號量(Semaphore) 、共享內(nèi)存(Shared Memory);套接字(Socket)。
二、線程
??線程,有時被稱為輕量級進(jìn)程(Lightweight Process,LWP),是操作系統(tǒng)調(diào)度(CPU調(diào)度)執(zhí)行的最小單位。

三、進(jìn)程和線程的區(qū)別與聯(lián)系
【區(qū)別】:

調(diào)度:線程作為調(diào)度和分配的基本單位,進(jìn)程作為擁有資源的基本單位;

并發(fā)性:不僅進(jìn)程之間可以并發(fā)執(zhí)行,同一個進(jìn)程的多個線程之間也可并發(fā)執(zhí)行;

擁有資源:進(jìn)程是擁有資源的一個獨立單位,線程不擁有系統(tǒng)資源,但可以訪問隸屬于進(jìn)程的資源。進(jìn)程所維護(hù)的是程序所包含的資源(靜態(tài)資源), 如:地址空間,打開的文件句柄集,文件系統(tǒng)狀態(tài),信號處理handler等;線程所維護(hù)的運行相關(guān)的資源(動態(tài)資源),如:運行棧,調(diào)度相關(guān)的控制信息,待處理的信號集等;

系統(tǒng)開銷:在創(chuàng)建或撤消進(jìn)程時,由于系統(tǒng)都要為之分配和回收資源,導(dǎo)致系統(tǒng)的開銷明顯大于創(chuàng)建或撤消線程時的開銷。但是進(jìn)程有獨立的地址空間,一個進(jìn)程崩潰后,在保護(hù)模式下不會對其它進(jìn)程產(chǎn)生影響,而線程只是一個進(jìn)程中的不同執(zhí)行路徑。線程有自己的堆棧和局部變量,但線程之間沒有單獨的地址空間,一個進(jìn)程死掉就等于所有的線程死掉,所以多進(jìn)程的程序要比多線程的程序健壯,但在進(jìn)程切換時,耗費資源較大,效率要差一些。

【聯(lián)系】:

一個線程只能屬于一個進(jìn)程,而一個進(jìn)程可以有多個線程,但至少有一個線程;

資源分配給進(jìn)程,同一進(jìn)程的所有線程共享該進(jìn)程的所有資源;

處理機分給線程,即真正在處理機上運行的是線程;

線程在執(zhí)行過程中,需要協(xié)作同步。不同進(jìn)程的線程間要利用消息通信的辦法實現(xiàn)同步。

四、一個形象的例子解釋進(jìn)程和線程的區(qū)別

這副圖是一個雙向多車道的道路圖,假如我們把整條道路看成是一個“進(jìn)程”的話,那么圖中由白色虛線分隔開來的各個車道就是進(jìn)程中的各個“線程”了。

這些線程(車道)共享了進(jìn)程(道路)的公共資源(土地資源)。

這些線程(車道)必須依賴于進(jìn)程(道路),也就是說,線程不能脫離于進(jìn)程而存在(就像離開了道路,車道也就沒有意義了)。

這些線程(車道)之間可以并發(fā)執(zhí)行(各個車道你走你的,我走我的),也可以互相同步(某些車道在交通燈亮?xí)r禁止繼續(xù)前行或轉(zhuǎn)彎,必須等待其它車道的車輛通行完畢)。

這些線程(車道)之間依靠代碼邏輯(交通燈)來控制運行,一旦代碼邏輯控制有誤(死鎖,多個線程同時競爭唯一資源),那么線程將陷入混亂,無序之中。

這些線程(車道)之間誰先運行是未知的,只有在線程剛好被分配到CPU時間片(交通燈變化)的那一刻才能知道。

五、進(jìn)程/線程之間的親緣性
??親緣性的意思是進(jìn)程/線程只在某個cpu上運行(多核系統(tǒng)),比如:

BOOL WINAPI SetProcessAffinityMask(
In HANDLE hProcess,
In DWORD_PTR dwProcessAffinityMask
);
/*
dwProcessAffinityMask 如果是 0 , 代表當(dāng)前進(jìn)程只在cpu0 上工作;
如果是 0x03 , 轉(zhuǎn)為2進(jìn)制是 00000011 . 代表只在 cpu0 或 cpu1上工作;

使用CPU親緣性的好處:設(shè)置CPU親緣性是為了防止進(jìn)程/線程在CPU的核上頻繁切換,從而避免因切換帶來的CPU的L1/L2 cache失效,cache失效會降低程序的性能。

六、協(xié)程

協(xié)程,是一種比線程更加輕量級的存在,協(xié)程不是被操作系統(tǒng)內(nèi)核所管理,而完全是由程序所控制(也就是在用戶態(tài)執(zhí)行)。這樣帶來的好處就是性能得到了很大的提升,不會像線程切換那樣消耗資源。

子程序,或者稱為函數(shù),在所有語言中都是層級調(diào)用,比如A調(diào)用B,B在執(zhí)行過程中又調(diào)用了C,C執(zhí)行完畢返回,B執(zhí)行完畢返回,最后是A執(zhí)行完畢。所以子程序調(diào)用是通過棧實現(xiàn)的,一個線程就是執(zhí)行一個子程序。子程序調(diào)用總是一個入口,一次返回,調(diào)用順序是明確的。而協(xié)程的調(diào)用和子程序不同。

協(xié)程在子程序內(nèi)部是可中斷的,然后轉(zhuǎn)而執(zhí)行別的子程序,在適當(dāng)?shù)臅r候再返回來接著執(zhí)行。

def A():
print '1'
print '2'
print '3'

def B():
print 'x'
print 'y'
print 'z'

假設(shè)由協(xié)程執(zhí)行,在執(zhí)行A的過程中,可以隨時中斷,去執(zhí)行B,B也可能在執(zhí)行過程中中斷再去執(zhí)行A,結(jié)果可能是:1 2 x y 3 z。

協(xié)程的特點在于是一個線程執(zhí)行,那和多線程比,協(xié)程有何優(yōu)勢?

極高的執(zhí)行效率:因為子程序切換不是線程切換,而是由程序自身控制,因此,沒有線程切換的開銷,和多線程比,線程數(shù)量越多,協(xié)程的性能優(yōu)勢就越明顯;

不需要多線程的鎖機制:因為只有一個線程,也不存在同時寫變量沖突,在協(xié)程中控制共享資源不加鎖,只需要判斷狀態(tài)就好了,所以執(zhí)行效率比多線程高很多。

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