前兩章節已經詳細的向大家介紹過進程（學習筆記-進程詳細介紹）和線程（學習筆記-線程詳細介紹）。本文旨在向大家詳細的介紹進程-線程-協程的基本關系。

進程

進程是具有一定獨立功能的程序在某個數據集合上的一次運行過程,進程是系統進行資源分配和調度的一個獨立單位。每個進程都有自己的獨立内存空間，不同進程通過進程間通信來通信。由于進程占據獨立的内存，所以上下文進程間的切換開銷（棧、寄存器、虛拟内存、文件句柄等）比較大，但相對比較穩定安全。

線程

線程是進程的一個實體,是CPU調度和分派的基本單位,它是比進程更小的能獨立運行的基本單位.線程自己基本上不擁有系統資源,隻擁有一點在運行中必不可少的資源(如程序計數器,一組寄存器和棧),但是它可與同屬一個進程的其他的線程共享進程所擁有的全部資源。線程間通信主要通過共享内存。上下文切換很快，資源開銷較少，但相比進程不夠穩定容易丢失數據。

協程

協程是一種用戶态的輕量級線程，協程的調度完全由用戶控制。與子例程一樣，協程也是一種程序組件。相對子例程而言，協程更為一般和靈活，但在實踐中使用沒有子例程那樣廣泛。協程擁有自己的寄存器上下文和棧。協程調度切換時，将寄存器上下文和棧保存到其他地方，在切回來的時候，恢複先前保存的寄存器上下文和棧，直接操作棧則基本沒有内核切換的開銷，可以不加鎖的訪問全局變量，所以上下文的切換非常快。

并發

并發，在操作系統中，是指一個時間段中有幾個程序都處于已啟動運行到運行完畢之間，且這幾個程序都是在同一個處理機上運行，但任一個時刻點上隻有一個程序在處理機上運行。

并行

并行是指"并排行走"或"同時實行或實施"。在操作系統中是指，一組程序按獨立異步的速度執行，不等于時間上的重疊（同一個時刻發生)。要區别并發。并發是指：在同一個時間段内，兩個或多個程序執行，有時間上的重疊（宏觀上是同時，微觀上仍是順序執行）

并發和并行從宏觀上來講都是同時處理多路請求的概念。但并發和并行又有區别，并行是指兩個或者多個事件在同一時刻發生；而并發是指兩個或多個事件在同一時間間隔内發生。 并發的設計使到并發執行成為可能，而并行是并發執行的其中一種模式。

并行與并發

進程

進程的出現是為了更好地利用CPU資源使到并發成為可能。 假設有兩個任務A和B，當A遇到I/O操作，CPU默默地等待任務A讀取完操作再去執行任務B，這樣無疑是對CPU資源的極大的浪費。于是人們就在想如果在任務A讀取數據時，讓任務B執行，當任務A讀取完數據後，再切換到任務A執行。注意關鍵字切換，那麼這就涉及到了狀态的保存，狀态的恢複，加上任務A與任務B所需要的系統資源（内存，硬盤，鍵盤等等）是不一樣的。自然而然地就需要有一個東西去記錄任務A和任務B分别需要什麼資源，怎樣去識别任務A和任務B等等。于是進程就被發明出來了。通過進程來分配系統資源，标識任務。如何分配CPU去執行進程稱之為調度，進程狀态的記錄，恢複，切換稱之為上下文切換。進程是系統資源分配的最小單位，進程占用的資源有：地址空間，全局變量，文件描述符，各種硬件等等資源。

線程

線程的出現是為了降低上下文切換的消耗，提高系統的并發性，并突破一個進程隻能幹一樣事的缺陷，使到進程内并發成為可能。假設，一個文本程序，需要接受鍵盤輸入，将内容顯示在屏幕上，還需要保存信息到硬盤中。若隻有一個進程，勢必造成同一時間隻能幹一樣事的尴尬（當保存時，就不能通過鍵盤輸入内容）。若有多個進程，每個進程負責一個任務，進程A負責接收鍵盤輸入的任務，進程B負責将内容顯示在屏幕上的任務，進程C負責保存内容到硬盤中的任務。這裡進程A，B，C間的協作涉及到了進程通信問題，而且有共同都需要擁有的東西—文本内容，不停的切換造成性能上的損失。若有一種機制，可以使任務A，B，C共享資源，這樣上下文切換所需要保存和恢複的内容就少了，同時又可以減少通信所帶來的性能損耗，那就好了。是的，這種機制就是線程。線程共享進程的大部分資源，并參與CPU的調度, 當然線程自己也是擁有自己的資源的，例如，棧，寄存器等等。 此時，進程同時也是線程的容器。線程也是有着自己的缺陷的，例如健壯性差，若一個線程挂掉了，整一個進程也挂掉了，這意味着其它線程也挂掉了，進程卻沒有這個問題，一個進程挂掉，另外的進程還是活着。

協程

協程通過在線程中實現調度，避免了陷入内核級别的上下文切換造成的性能損失，進而突破了線程在IO上的性能瓶頸。 當涉及到大規模的并發連接時，例如一萬連接。以線程作為處理單元，系統調度的開銷還是過大。當連接數很多，需要大量的線程來幹活，可能大部分的線程處于Ready狀态， 系統會不斷地進行上下文切換。既然性能瓶頸在上下文切換，那解決思路也就有了，在線程中自己實現調度，不陷入内核級别的上下文切換。

總結：

進程出現優化了CPU的調度。CPU（單核）與進程對應關系為一對一。

線程出現優化了進程的調度。進程與線程對應關系為一對多。

協程出現優化了線程的調度。線程與協程對應關系為一對多。

進程-線程-協程關系

拓展：

（1）單CPU中進程隻能是并發，多CPU計算機中進程可以并行。

（2）單CPU單核中線程隻能并發，單CPU多核中線程可以并行。

（3） 無論是并發還是并行，使用者來看，看到的是多進程，多線程。

區别

1. 操作級别：進程，線程是操作系統級的，協程是語言級的。

2. 機制：進程，線程是同步機制，而協程則是異步機制。

3. 空間：進程擁有自己獨立的堆和棧，既不共享堆，亦不共享棧。線程擁有自己獨立的棧和共享的堆，共享堆，不共享棧。協程和線程一樣共享堆，不共享棧。

4. 屬性：線程作為調度和分配的基本單位，進程作為擁有資源的基本單位。

5. 資源分配：進程是擁有資源的一個獨立單位，線程不擁有系統資源，但可以訪問隸屬于進程的資源。進程所維護的是程序所包含的資源（靜态資源）， 如：地址空間，打開的文件句柄集，文件系統狀态，信号處理handler等；線程所維護的運行相關的資源（動态資源），如：運行棧，調度相關的控制信息，待處理的信号集等；

6. 系統開銷：在創建或撤消進程時，由于系統都要為之分配和回收資源，導緻系統的開銷明顯大于創建或撤消線程時的開銷。但是進程有獨立的地址空間，一個進程崩潰後，在保護模式下不會對其它進程産生影響，而線程隻是一個進程中的不同執行路徑。線程有自己的堆棧和局部變量，但線程之間沒有單獨的地址空間，一個進程死掉就等于所有的線程死掉，所以多進程的程序要比多線程的程序健壯，但在進程切換時，耗費資源較大，效率要差一些。

7. 耗時：線程上下文切換比進程上下文切換耗時更短。線程創建和銷毀所需要的時間比進程小很多。

8. 屬性：線程有自己的私有屬性TCB，線程id，寄存器、硬件上下文，而進程也有自己的私有屬性進程控制塊PCB，這些私有屬性是不被共享的，用來标示一個進程或一個線程的标志

9. 使用場景：IO密集型一般使用多線程或者多進程，CPU密集型一般使用多進程。

（1）協程是一種用戶态的輕量級線程，線程是輕量級的進程

（2）一個進程包含多個線程，一個線程包含多個協程。

（3）同一個進程中可以包括多個線程，并且線程共享整個進程的資源（寄存器、堆棧、上下文）。線程是進程内的一個執行單元，進程内至少有一個線程，線程才是真正的運行單位。它們共享進程的地址空間，而進程有自己獨立的地址空間。

（4）進程結束後它擁有的所有線程都将銷毀，而線程的結束不會影響同個進程中的其他線程的結束

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