进程、线程、协程的区别

进程、线程、协程的区别 ?

概念

进程

进程的出现是为了更好的利用CPU资源使到并发成为可能

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。

进程之间的通信

  1. 管道(pipe):管道是一种半双工的通信方式,数据只能单向流动,而且只能在具有血缘关系的进程间使用。
    进程的血缘关系通常指父子进程关系。

  2. 有名管道(named pipe):有名管道也是半双工的通信方式,但是它允许无亲缘关系进程间通信。

  3. 信号量(semophore):信号量是一个计数器,可以用来控制多个进程对共享资源的访问。
    它通常作为一种锁机制,防止某进程正在访问共享资源时,其他进程也访问该资源。
    因此,主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。

  4. 消息队列(message queue):消息队列是由消息组成的链表,存放在内核中 并由消息队列标识符标识。
    消息队列克服了信号传递信息少,管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

  5. 信号(signal):信号是一种比较复杂的通信方式,用于通知接收进程某一事件已经发生。

  6. 共享内存(shared memory):共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存,这段共享内存由一个进程创建,但多个进程都可以访问,
    共享内存是最快的IPC方式,它是针对其他进程间的通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制,如信号量配合使用,来实现进程间的同步和通信。

  7. 套接字(socket):套接口也是一种进程间的通信机制,与其他通信机制不同的是它可以用于不同及其间的进程通信。

线程

线程的出现是为了降低上下文切换的消耗,提高系统的并发性,并突破一个进程只能干一样事的缺陷,使到进程内并发成为可能

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。

线程之间的通信

  1. 锁机制
    1.1 互斥锁:提供了以排它方式阻止数据结构被并发修改的方法。
    1.2 读写锁:允许多个线程同时读共享数据,而对写操作互斥。
    1.3 条件变量:可以以原子的方式阻塞进程,直到某个特定条件为真为止。对条件测试是在互斥锁的保护下进行的。条件变量始终与互斥锁一起使用。

  2. 信号量机制:包括无名线程信号量与有名线程信号量

  3. 信号机制:类似于进程间的信号处理。

线程间通信的主要目的是用于线程同步,所以线程没有象进程通信中用于数据交换的通信机制。

协程

协程通过在线程中实现调度,避免了陷入内核级别的上下文切换造成的性能损失,进而突破了线程在IO上的性能瓶颈

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

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。

区别

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。线程与进程的区别:

进程与线程比较

  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

协程与线程进行比较

  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,这样python中则能使用多核CPU。
  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

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