前言：

一、进程

进程的概念

进程内存空间

二、线程

线程的定义

内核线程

用户线程

内核线程和用户线程的比较

线程的状态

三、协程

协程的定义

协程序相对于线程优势

运用场景

四、线程、协程、进程切换比较

前言：

有时候无法理解进程、线程、以及协程的它们所存在的意义以及各有什么不同；同时如何深层次理解它们，才能在实际运用了能给我们多技术选择或方向。

一、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的基本单位，是操作系统结构的基础。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

进程是正在运行的程序的实例，是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。它是操作系统动态执行的基本单元，在传统操作系统中，进程既是基本的分配单元，也是基本的执行单元。

进程的概念

第一：进程是一个“执行中的程序”。程序是一个没有生命的实体，只有处理器赋予程序生命时（操作系统执行之），它才能成为一个活动的实体，我们称其为进程。

第二：进程是一个实体。每一个进程都有它自己的地址空间。

进程内存空间

一般情况下，包括内核空间（Kernel space ）、文本区域（text region或Code Segment）、数据区域（data region）和堆区（heap region）、BBS区域（bbs region ）栈（stack region）。

内核区

Kernel space 是操作系统内核的运行空间。为了安全，它们是隔离的，即使用户的程序崩溃了，内核也不受影响。在Kernel space中可以执行任意命令，调用系统的一切资源，如对文件大操作和socket 句柄等操作，属于内核操作。这一块区域用户不能直接更改，用户只能通过内核接口来访问。

栈区

从高地址向低地址增长。由编译器自动管理分配。程序中的局部变量、函数参数值、返回变量等存在此区域。

内存映射区

其实也属于堆区，只不过这一部分可以通过 mmap 来产生映射

未初始化数据区（bbs region）

当全局/静态变量没有被初始化时，会放在该区域。处于BSS段的变量的值默认为0，考虑到

这一点，BSS段内部无需存储大量的零值，而只需记录字节个数即可。系统载入可执行程序

后，将BSS段的数据载入数据段(Data Segment），并将内存初始化为0，再调用程序入口（main函数）。

数据区

对于已经初始化了的全局/静态变量存放的内存区域。

文本区

对于已经初始化了的全局/静态变量所存放的区域。

Heap区

从低地址向高地址增长。容量大于栈，程序中动态分配的内存在此区域。如new和malloc申请的内存。

二、线程

线程的定义

线程是操作系统能够进行运调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。线程分为内核线程和用户线程。

内核线程

由内核管理的线程。用户应用程序通过API和系统调用(system call)来访问线程工具。

需要内核的参与，由内核完成线程的调度。其依赖于操作系统核心，由内核的内部需求进行创建和撤销。内核线程的线程表(thread table)位于内核中，包括了线程控制块(TCB),一旦线程阻塞，内核会从当前或者其他进程(process)中重新选择一个线程保证程序的执行。

用户线程

指不需要内核支持而在中实现的线程，其不依赖于操作系统核心，应用进程利用线程库提供创建、同步、调度和管理线程的函数来控制用户线程。这种线程甚至在象 DOS 这样的操作系统中也可实现，但线程的调度需要用户程序完成，这有些类似 Windows 3.x 的协作式多任务。

内核线程和用户线程的比较

线程的状态

初始化状态

产生一个Thread对象就生成一个新线程。当线程处于"新线程"状态时，仅仅是一个空线程对象，它还没有分配到系统资源。因此只能启动或终止它。

可运行态（Runnable)

start（）方法产生运行线程所必须的资源，调度线程执行，并且调用线程的run（）方法。在这时线程处于可运行态。

阻塞/非运行态（Not Runnable)

suspend()方法被调用；

sleep()方法被调用；

线程使用wait()来等待条件变量；

线程处于I/O请求的等待。

死亡态（Dead)

当run（）方法返回，或别的线程调用stop（）方法，线程进入死亡态。

三、协程

协程的定义

协程（coroutine）是一种程序运行的方式，即在单线程里多个函数并发地执行。它就是一个可以在某个地方挂起的特殊函数，并且可以重新在挂起处继续运行。所以说，协程与进程、线程相比，不是一个维度的概念。协程是以单线程的执行方式执行。

为什么需要协程？因为对于线程所占用系统资源比较多，默认情况下，线程需要占用比较大空间同时需要线程调度，它是系统级别的。由于协程的暂停完全由程序控制，发生在用户态上；而线程的阻塞状态是由操作系统内核来进行切换，发生在内核态上。用户无法创建巨量的线程来处理业务逻辑，对于协程的数量远远大于线程的创建数量。

协程序相对于线程优势

1）因此协程的开销远远小于线程的开销。

协程涉及到函数的切换, 多线程涉及到线程的切换, 所以都有执行上下文, 但是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, 不会像线程那样需要在内核态进行上下文切换来消耗资源。

2）线程是可能并行，协程是单线程的

同一时间, 在多核处理器的环境下, 多个线程是可以并行的，但是运行的协程的函数却只能有一个，其他的协程的函数都被suspend, 即协程是并发的。

3）没有非同步问题（无锁）

由于协程在同一个线程中, 所以不需要用来守卫临界区段的同步性原语（primitive）比如互斥锁、信号量等，并且不需要来自操作系统的支持

4）用户级别的调度和阻塞

在协程之间的切换不需要涉及任何系统调用或任何阻塞调用

5）执行权利有程序分配
通常的线程是抢先式(即由操作系统分配执行权), 而协程是由程序分配执行权

6）协程所占资源小于线程

在默认情况下线程所占用堆栈空间8M的内存空间，而协程只需要几KB的空间。

运用场景

协程的应用场景主要在于 I/O 密集型任务。

协程调用是在一个线程内进行的，是单线程，切换的开销小，因此效率上略高于多线程;

当程序在执行 I/O 时操作时，CPU 是空闲的，此时可以充分利用 CPU 的时间片来处理其他任务;

有了协程，我们在函数的执行过程中，如果遇到了I/O密集型任务，函数可以临时让出控制权，让 CPU 执行其他函数，等 I/O 操作执行完毕以后再收回其他函数的控制权.

四、线程、协程、进程切换比较

	协程	线程	进程
切换着	用户（编程/程序本身）	操作系统	操作系统
切换时机	用户自己的程序决定	根据操作系统自己策略调度，对于用户是透明的	根据操作系统自己策略调度，对于用户是透明的
切换内容	硬件上下文	内核栈硬件上下文	页全局目录内核栈硬件上下文
切换内容的保存	保存用户自己设定的栈中	保存在内核栈中	保存在内核栈中
切换过程	不需要进入内核态进行切换	用户态-内核态-用户态	用户态-内核态-用户态
切换效率	高	中	低