操作系统-进程线程与协程

进程

定义

进程就是一段程序的执行过程。

概念

每一个进程都有它自己的地址空间,一般情况下,包括文本区域(text region)、数据区域(data region)和堆栈区域(stack region)。

进程状态:

就绪、运行和阻塞。

就绪状态其实就是获取了除cpu外的所有资源,只要处理器分配资源就可以马上执行。就绪状态有排队序列什么的,排队原则不再赘述。

运行态就是获得了处理器分配的资源,程序开始执行。

阻塞态,当程序条件不够时候,需要等待条件满足时候才能执行,如等待i/o操作时候,此刻的状态就叫阻塞态。

线程

定义

操作系统能够进行运算调度的最小单位。

概念

通常在一个进程中可以包含若干个线程,当然一个进程中至少有一个线程,不然没有存在的意义。

协程

定义

协程运行在线程之上,当一个协程执行完成后,可以选择主动让出,让另一个协程运行在当前线程之上。

协程并没有增加线程数量,只是在线程的基础之上通过分时复用的方式运行多个协程,而且协程的切换在用户态完成,切换的代价比线程从用户态到内核态的代价小很多。

原理

当出现IO阻塞的时候,由协程的调度器进行调度,通过将数据流立刻yield掉(主动让出),并且记录当前栈上的数据,阻塞完后立刻再通过线程恢复栈,并把阻塞的结果放到这个线程上去跑,这样看上去好像跟写同步代码没有任何差别,这整个流程可以称为coroutine,而跑在由coroutine负责调度的线程称为Fiber。

注意事项

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,这往往是不能接受的。

处理方式

  1. 在调用阻塞IO操作的时候,重新启动一个线程去执行这个操作,等执行完成后,协程再去读取结果。这其实和多线程没有太大区别。
  2. 对系统的IO进行封装,改成异步调用的方式,这需要大量的工作,最好寄希望于编程语言原生支持。

进程线程与协程的区别

转自阿秀的求职笔记

名称 进程 线程 协程
定义 资源分配和拥有的基本单位 程序执行的基本单位 用户态的轻量级线程,线程内部调度的基本单位
切换情况 进程CPU环境(栈、寄存器、页表和文件句柄等)的保存以及新调度的进程CPU环境的设置 保存和设置程序计数器、少量寄存器和栈的内容 先将寄存器上下文和栈保存,等切换回来的时候再进行恢复
切换者 操作系统 操作系统 用户
切换过程 用户态->内核态->用户态 用户态->内核态->用户态 用户态
调用栈 内核栈 内核栈 用户栈
拥有资源 CPU资源、内存资源、文件资源和句柄等 程序计数器、寄存器、栈和状态字 拥有自己的寄存器上下文和栈
并发性 不同进程之间切换实现并发,各自占有CPU实现并行 一个进程内部的多个线程并发执行 同一时间只能执行一个协程,而其他协程处于休眠状态,适合对任务进行分时处理
系统开销 切换虚拟地址空间,切换内核栈和硬件上下文,CPU高速缓存失效、页表切换,开销很大 切换时只需保存和设置少量寄存器内容,因此开销很小 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
通信方面 进程间通信需要借助操作系统 线程间可以直接读写进程数据段(如全局变量)来进行通信 共享内存、消息队列