进程、线程和协程之间的区别和联系

偏执的太偏执、 2022-10-29 07:33 266阅读 0赞

# **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**。

![在这里插入图片描述][20150603133335514]

![在这里插入图片描述][29c6aba84af60c91c99d25eb92b26ac7.png]

【进程间通信（IPC）】：

*  管道(Pipe)、命名管道(FIFO)、消息队列(Message Queue) 、信号量(Semaphore) 、共享内存（Shared Memory）；套接字（Socket）。

# **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**。  
![在这里插入图片描述][fa3986764284ee95e855fc42edc41098.png]

# **三、进程和线程的区别与联系** #

【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；
 *  处理机分给线程，即**真正在处理机上运行的是线程**；
 *  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。

# **四、一个形象的例子解释进程和线程的区别** #

![在这里插入图片描述][d156f7b9c825369826ad31e43228b2dc.png]

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**。

*  **这些线程(车道)共享了进程(道路)的公共资源(土地资源)**。
 *  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)**。
 *  **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)**。
 *  **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**。
 *  **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。

# **五、进程/线程之间的亲缘性** #

**亲缘性的意思是进程/线程只在某个cpu上运行（多核系统）**，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。

# **六、协程** #

![在这里插入图片描述][b7a5938afc75f67d3f1554fd98875f75.png]  
  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**。

*  def A():  
        print '1'  
        print '2'  
        print '3'
    
    def B():  
        print 'x'  
        print 'y'  
        print '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 2 x y 3 z`。

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。

参考：[https://blog.csdn.net/tennysonsky/article/details/46046317][https_blog.csdn.net_tennysonsky_article_details_46046317]  
[https://www.liaoxuefeng.com/wiki/001374738125095c955c1e6d8bb493182103fac9270762a000/0013868328689835ecd883d910145dfa8227b539725e5ed000][https_www.liaoxuefeng.com_wiki_001374738125095c955c1e6d8bb493182103fac9270762a000_0013868328689835ecd883d910145dfa8227b539725e5ed000]  
[https://www.cnblogs.com/work115/p/5620272.html][https_www.cnblogs.com_work115_p_5620272.html]  
[https://blog.csdn.net/liu251890347/article/details/38509943][https_blog.csdn.net_liu251890347_article_details_38509943]  
[https://www.cnblogs.com/fah936861121/articles/8043187.html][https_www.cnblogs.com_fah936861121_articles_8043187.html]  
[http://blog.chinaunix.net/uid-25601623-id-5095687.html][http_blog.chinaunix.net_uid-25601623-id-5095687.html]

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[https_blog.csdn.net_tennysonsky_article_details_46046317]: https://blog.csdn.net/tennysonsky/article/details/46046317
[https_www.liaoxuefeng.com_wiki_001374738125095c955c1e6d8bb493182103fac9270762a000_0013868328689835ecd883d910145dfa8227b539725e5ed000]: https://www.liaoxuefeng.com/wiki/001374738125095c955c1e6d8bb493182103fac9270762a000/0013868328689835ecd883d910145dfa8227b539725e5ed000
[https_www.cnblogs.com_work115_p_5620272.html]: https://www.cnblogs.com/work115/p/5620272.html
[https_blog.csdn.net_liu251890347_article_details_38509943]: https://blog.csdn.net/liu251890347/article/details/38509943
[https_www.cnblogs.com_fah936861121_articles_8043187.html]: https://www.cnblogs.com/fah936861121/articles/8043187.html
[http_blog.chinaunix.net_uid-25601623-id-5095687.html]: http://blog.chinaunix.net/uid-25601623-id-5095687.html