进程、线程、协程

news2024/11/27 14:50:30

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进程、线程、协程的概念

进程、线程、协程的上下文切换

使用协程的注意事项

协程与线程、进程的区别


进程、线程、协程的概念

进程:

进程是具有一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。每个进程都有自己的独立内存空间,不同进程通过进程间通信来通信。由于进程比较重量,占据独立的内存,所以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。

线程:
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。线程自己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),但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。线程间通信主要通过共享内存,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。

协程:
协程是一种用户态的轻量级线程,协程的调度完全由用户控制。从技术的角度来说,“协程就是你可以暂停执行的函数”。协程拥有自己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他地方,在切回来的时候,恢复先前保存的寄存器上下文和栈,直接操作栈则基本没有内核切换的开销,可以不加锁的访问全局变量,所以上下文的切换非常快。

进程、线程、协程的上下文切换

 为什么会有上下文的切换?

   在任何一个时刻,单处理器系统都只能执行一个进程的代码。当操作系统决定要把控制权从当前进程转移到某个新进程时,就会进行上下文切换,即保存当前进程的上下文、恢复新进程的上下文,然后将控制权传递到新进程。新进程就会从它上次停止的地方开始。

上下文切换为什么要陷入内核?

(1)上一个进程的上下文信息还在内存和处理器当中,我们要保存这些信息的话,就必须陷入到内核态才可以。

(2)创建一个新的进程,以及它的上下文信息,并且将控制权交给这个新进程,这些都只有在内核态才能实现。

综上,我们可以得出结论,进程和线程的上下文切换相较于协程比较“耗时耗力”。

 那么协程的上下文切换相较线程有哪些提升?

       协程上下文切换只涉及CPU上下文切换,而所谓的CPU上下文切换是指少量寄存器(PC / SP / DX)的值修改,协程切换非常简单,就是把当前协程的 CPU 寄存器状态保存起来,然后将需要切换进来的协程的 CPU 寄存器状态加载的 CPU 寄存器上就 ok 了。而对比线程的上下文切换则需要涉及模式切换(从用户态切换到内核态)、以及 16 个寄存器、PC、SP…等寄存器的刷新;
 线程栈空间通常是 2M, 协程栈空间最小 2K。

使用协程的注意事项


假设协程运行在线程之上,并且协程调用了一个阻塞IO操作,这时候会发生什么?实际上操作系统并不知道协程的存在,它只知道线程,因此在协程调用阻塞IO操作的时候,操作系统会让线程进入阻塞状态,当前的协程和其它绑定在该线程之上的协程都会陷入阻塞而得不到调度。

所以,在协程中尽量不要调用阻塞IO的方法,比如打印,读取文件,Socket接口等,除非改为异步调用的方式,并且协程只有在IO密集型的任务中才会发挥作用。

要牢记这句话:协程只有和异步IO结合起来才能发挥出最大的威力


协程与线程、进程的区别

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,而进程有自己独立的地址空间
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) 二者均可并发执行

5) 每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,但是线程不能够独立执行,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

协程与线程的区别:

1) 一个线程可以多个协程,一个进程也可以单独拥有多个协程。

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,就相当于进入上一次调用的状态。

4)线程是抢占式,而协程是非抢占式的,所以需要用户自己释放使用权来切换到其他协程,因此同一时间其实只有一个协程拥有运行权,相当于单线程的能力。

5)协程并不是取代线程, 而且抽象于线程之上, 线程是被分割的CPU资源, 协程是组织好的代码流程, 协程需要线程来承载运行, 线程是协程的资源, 但协程不会直接使用线程, 协程直接利用的是执行器(Interceptor), 执行器可以关联任意线程或线程池, 可以使当前线程, UI线程, 或新建新程.。

6)线程是协程的资源。协程通过Interceptor来间接使用线程这个资源

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