進程、線程和協程之間的區別和聯繫

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文章目錄 一、進程 二、線程 三、進程和線程的區別與聯繫 四、一個形象的例子解釋進程和線程的區別 五、進程/線程之間的親緣性 六、協程 一、進程 進程,直觀點說,保存在硬碟上的程式運行以後,會在記憶體空間里形成一個獨立的記憶體體,這個記憶體體有自己獨立的地址空間,有自己的堆,上級掛靠單位是操作系統。操作系 ...


文章目錄

一、進程
二、線程
三、進程和線程的區別與聯繫
四、一個形象的例子解釋進程和線程的區別
五、進程/線程之間的親緣性
六、協程

一、進程

進程,直觀點說,保存在硬碟上的程式運行以後,會在記憶體空間里形成一個獨立的記憶體體,這個記憶體體有自己獨立的地址空間有自己的堆,上級掛靠單位是操作系統。操作系統會以進程為單位,分配系統資源(CPU時間片、記憶體等資源),進程是資源分配的最小單位。
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【進程間通信(IPC)】:

管道(Pipe)、命名管道(FIFO)、消息隊列(Message Queue) 、信號量(Semaphore) 、共用記憶體(Shared Memory);套接字(Socket)。

二、線程

線程,有時被稱為輕量級進程(Lightweight Process,LWP),是操作系統調度(CPU調度)執行的最小單位。
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三、進程和線程的區別與聯繫

【區別】

  • 調度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;

  • 併發性不僅進程之間可以併發執行,同一個進程的多個線程之間也可併發執行;

  • 擁有資源進程是擁有資源的一個獨立單位,線程不擁有系統資源,但可以訪問隸屬於進程的資源。進程所維護的是程式所包含的資源(靜態資源), 如:地址空間,打開的文件句柄集,文件系統狀態,信號處理handler等;線程所維護的運行相關的資源(動態資源),如:運行棧,調度相關的控制信息,待處理的信號集等;

  • 系統開銷:在創建或撤消進程時,由於系統都要為之分配和回收資源,導致系統的開銷明顯大於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產生影響,而線程只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數,但線程之間沒有單獨的地址空間,一個進程死掉就等於所有的線程死掉,所以多進程的程式要比多線程的程式健壯,但在進程切換時,耗費資源較大,效率要差一些。

【聯繫】

  • 一個線程只能屬於一個進程,而一個進程可以有多個線程,但至少有一個線程;

  • 資源分配給進程,同一進程的所有線程共用該進程的所有資源;

  • 處理機分給線程,即真正在處理機上運行的是線程;

  • 線程在執行過程中,需要協作同步。不同進程的線程間要利用消息通信的辦法實現同步。

四、一個形象的例子解釋進程和線程的區別

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這副圖是一個雙向多車道的道路圖,假如我們把整條道路看成是一個“進程”的話,那麼圖中由白色虛線分隔開來的各個車道就是進程中的各個“線程”了。

這些線程(車道)共用了進程(道路)的公共資源(土地資源)。

這些線程(車道)必須依賴於進程(道路),也就是說,線程不能脫離於進程而存在(就像離開了道路,車道也就沒有意義了)。

這些線程(車道)之間可以併發執行(各個車道你走你的,我走我的),也可以互相同步(某些車道在交通燈亮時禁止繼續前行或轉彎,必須等待其它車道的車輛通行完畢)。

這些線程(車道)之間依靠代碼邏輯(交通燈)來控制運行,一旦代碼邏輯控制有誤(死鎖,多個線程同時競爭唯一資源),那麼線程將陷入混亂,無序之中。

這些線程(車道)之間誰先運行是未知的,只有線上程剛好被分配到CPU時間片(交通燈變化)的那一刻才能知道

五、進程/線程之間的親緣性

親緣性的意思是進程/線程只在某個cpu上運行(多核系統),比如:

BOOL WINAPI SetProcessAffinityMask(
  _In_ HANDLE    hProcess,
  _In_ DWORD_PTR dwProcessAffinityMask
);
/*
dwProcessAffinityMask 如果是 0 , 代表當前進程只在cpu0 上工作;
如果是 0x03 , 轉為2進位是 00000011 . 代表只在 cpu0 或 cpu1上工作;
*/

使用CPU親緣性的好處:設置CPU親緣性是為了防止進程/線程在CPU的核上頻繁切換,從而避免因切換帶來的CPU的L1/L2 cache失效,cache失效會降低程式的性能。

六、協程

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協程,是一種比線程更加輕量級的存在,協程不是被操作系統內核所管理,而完全是由程式所控制(也就是在用戶態執行)。這樣帶來的好處就是性能得到了很大的提升,不會像線程切換那樣消耗資源。

子程式,或者稱為函數,在所有語言中都是層級調用,比如A調用B,B在執行過程中又調用了C,C執行完畢返回,B執行完畢返回,最後是A執行完畢。所以子程式調用是通過棧實現的,一個線程就是執行一個子程式。子程式調用總是一個入口,一次返回,調用順序是明確的。而協程的調用和子程式不同。

協程在子程式內部是可中斷的,然後轉而執行別的子程式,在適當的時候再返回來接著執行

def A():
    print '1'
    print '2'
    print '3'

def B():
    print 'x'
    print 'y'
    print 'z'

假設由協程執行,在執行A的過程中,可以隨時中斷,去執行B,B也可能在執行過程中中斷再去執行A,結果可能是:1 2 x y 3 z。

協程的特點在於是一個線程執行,那和多線程比,協程有何優勢?

  • 極高的執行效率:因為子程式切換不是線程切換,而是由程式自身控制,因此,沒有線程切換的開銷,和多線程比,線程數量越多,協程的性能優勢就越明顯;

  • 不需要多線程的鎖機制:因為只有一個線程,也不存在同時寫變數衝突,在協程中控制共用資源不加鎖,只需要判斷狀態就好了,所以執行效率比多線程高很多。

原文鏈接:https://blog.csdn.net/daaikuaichuan/article/details/82951084


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