进程线程协程的区别和联系
Posted 清水寺扫地僧
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了进程线程协程的区别和联系相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
（一）进程
进程，直观点说，保存在硬盘上的程序运行以后，会在内存空间里形成一个独立的内存体，这个内存体有自己独立的地址空间，有自己的堆，上级挂靠单位是操作系统。操作系统会以进程为单位，分配系统资源（CPU时间片、内存等资源），进程是资源分配的最小单位。
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虚拟内存空间相关知识见：虚拟内存(Virtual Memory)。
进程间通信（IPC）有以下七种方式：
- 管道(Pipe，
pipe())； - 命名管道(FIFO，
open(pipfd, method))； - 消息队列(Message Queue) ；
- 信号量(Semaphore，
sigaction()) ； - 共享内存（Shared Memory）；
- 内存映射(Memory Map,
mmap())； - 套接字（Socket，
socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)）也即本地套接字socket IPC，domain。
IPC相关解析见：linux基础——linux进程间通信（IPC）机制总结。
（二）线程
线程，有时被称为轻量级进程(Lightweight Process，LWP），是操作系统调度（CPU调度）执行的最小单位。
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（三）进程和线程直接的区别和联系
区别：
- 调度：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；
- 并发性：不仅进程之间可以并发执行，同一个进程的多个线程之间也可并发执行；
- 拥有资源：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；
- 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。
联系：
- 一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程；
- 资源分配给进程，同一进程的所有线程共享该进程的所有资源；
- CPU将时间片分给线程，即真正在CPU上运行的是线程，而不是进程，可见(二)中右图例；
- 线程在执行过程中，需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。
生活例子类比进程和线程的关系
这副图是一个双向多车道的道路图，假如我们把整条道路看成是一个“进程”的话，那么图中由白色虚线分隔开来的各个车道就是进程中的各个“线程”了。
- ① 这些线程(车道)共享了进程(道路)的公共资源(土地资源)。
- ② 这些线程(车道)必须依赖于进程(道路)，也就是说，线程不能脱离于进程而存在(就像离开了道路，车道也就没有意义了)。
- ③ 这些线程(车道)之间可以并发执行(各个车道你走你的，我走我的)，也可以互相同步(某些车道在交通灯亮时禁止继续前行或转弯，必须等待其它车道的车辆通行完毕)。
- ④ 这些线程(车道)之间依靠代码逻辑(交通灯)来控制运行，一旦代码逻辑控制有误(死锁，多个线程同时竞争唯一资源)，那么线程将陷入混乱，无序之中。
- ⑤ 这些线程(车道)之间谁先运行是未知的，只有在线程刚好被分配到CPU时间片(交通灯变化)的那一刻才能知道。
（四）进程/线程之间的亲缘性
亲缘性的意思是进程/线程只在多核系统上的单个cpu核心上运行，比如：
BOOL WINAPI SetProcessAffinityMask(
_In_ HANDLE hProcess,
_In_ DWORD_PTR dwProcessAffinityMask
);
/*
dwProcessAffinityMask 如果是 0 , 代表当前进程只在cpu0 上工作;
如果是 0x03 , 转为2进制是 00000011 . 代表只在 cpu0 或 cpu1上工作;
*/
使用CPU亲缘性的好处：设置CPU亲缘性是为了防止进程/线程在CPU的核上频繁切换，从而避免因切换带来的CPU的L1/L2 cache失效，cache失效会降低程序的性能。
（五）进程池与线程池
进程和线程的创建时需要时间的，并且系统所能承受的进程和线程数也是有上限的，这样一来，如果业务在运行中需要动态创建子进程或线程时，系统无法承受不能立即创建的话，必然影响业务。综上，聪明的程序员发明了一种新方法——池。
在程序启动时，就预先创建一些子进程或线程，这样在需要用时直接使唤。这就是老人口中的“多生孩子多种树”。程序才开始运行，没有那么多的服务请求，必然大量的进程或线程空闲，这时候一般让他们“冬眠”，这样不耗资源，要不然一大堆孩子的口食也是个负担啊。对于进程和线程而言，方式是不一样的。另外，当你有了任务，要分配给那些孩子的时候，手段也不一样。下面就分别来解说。
进程池：
- ① 首先创建了一批进程，就得管理，也就是你得分开保存进程ID，可以用数组，也可用链表。建议用数组，这样可以实现常数内找到某个线程，而且既然做了进程池，就预先估计好了生产多少进程合适，一般也不会再动态延展。就算要动态延展，也能预估范围，提前做一个足够大的数组。不为别的，就是为了快速响应。本来使用进程池的目的也是为了效率。
- ② 接下来就要让闲置进程冬眠了，可以让他们pause()挂起，也可用信号量挂起，还可以用IPC阻塞，方法很多，分析各自优缺点根据实际情况采用就是了。
- ③ 然后是分配任务了，当你有任务的时候就要让他干活了。唤醒了进程，让它从哪儿开始干呢？肯定得用到进程间通信了，比如信号唤醒它，然后让它在预先指定的地方去读取任务，可以用函数指针来实现，要让它干什么，就在约定的地方设置代码段指针。这也只是告诉了它怎么干，还没说干什么(数据条件)，再通过共享内存把要处理的数据设置好，这也子进程就知道怎么做了。干完之后再来一次进程间通信然后自己继续冬眠，父进程就知道孩子干完了，收割成果。
- ④ 最后结束时回收子进程，向各进程发送信号唤醒，改变激活状态让其主动结束，然后逐个wait()就可以了。
线程池：
- 线程池的思想与上述类似，只是它更为轻量级，所以调度起来不用等待额外的资源。
- 要让线程阻塞，用条件变量(
pthread_cond_wait())就是了，需要干活的时候父线程改变条件，子线程就被激活。 - 线程间通信方式就不用赘述了，不用繁琐的通信就能达成，比起进程间效率要高一些。
- 线程干完之后自己再改变条件，这样父线程也就知道该收割（reap）成果了。
- 整个程序结束时，逐个改变条件并改变激活状态让子线程结束，最后逐个回收即可。
（六）协程
协程，是一种比线程更加轻量级的存在，协程不是被操作系统内核所管理，而完全是由程序所控制（也就是在用户态执行）。这样带来的好处就是性能得到了很大的提升，不会像线程切换那样消耗资源。
子程序，或者称为函数，在所有语言中都是层级调用，比如A调用B，B在执行过程中又调用了C，C执行完毕返回，B执行完毕返回，最后是A执行完毕。所以子程序调用是通过栈实现的，一个线程就是执行一个子程序。子程序调用总是一个入口，一次返回，调用顺序是明确的。而协程的调用和子程序不同。
协程在子程序内部是可中断的，然后转而执行别的子程序，在适当的时候再返回来接着执行。
void A() {
printf("1");
printf("2");
printf("3");
}
void B() {
printf("x");
printf("y");
printf("z");
}
假设由协程执行，在执行A的过程中，可以随时中断，去执行B，B也可能在执行过程中中断再去执行A，结果可能是：1 x 2 y 3 z。
子程序就是协程的一种特例（理解为按指令序的协程？） Donald Knuth
协程的特点在于是一个线程执行，那和多线程比，协程有何优势？
- 极高的执行效率：因为子程序切换不是线程切换，而是由程序自身控制，因此，没有线程切换的开销，和多线程比，线程数量越多，协程的性能优势就越明显；
- 不需要多线程的锁机制：因为只有一个线程，也不存在同时写变量冲突，在协程中控制共享资源不加锁，只需要判断状态就好了，所以执行效率比多线程高很多。（在协程中控制共享资源不加锁。不需要多线程的锁控制确实，但是协程内部操作共享资源还是要加锁的）；
协程是一个线程执行，那怎么利用多核CPU呢？最简单的方法是多进程+协程，既充分利用多核，又充分发挥协程的高效率，可获得极高的性能。
参考资料
以上是关于进程线程协程的区别和联系的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章