进程线程协程

进程

通俗点讲,程序运行起来就是进程。

每个进程都有自己的独立内存空间,拥有自己独立的地址空间、独立的堆和栈,既不共享堆,亦不共享栈。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。

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

进程间的通信方式

  • 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)

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。(注意进程是操作系统分配资源的最小单位)。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。总的来说,进程和线程的区别如下:

  • 线程是调度执行的基本单位,进程作为拥有资源的基本单位
  • 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;
  • 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。

协程

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(即协程相对于操作系统来说是透明的,操作系统根本不知道协程的存在)。协程和线程一样共享堆,不共享栈,协程由程序员在协程的代码里显示调度。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。

goroutine

go语言中并发指的是让某个函数独立于其他函数运行的能力,一个goroutine就是一个独立的工作单元,Go的runtime(运行时)会在逻辑处理器上调度这些goroutine来运行,一个逻辑处理器绑定一个操作系统线程,所以说goroutine不是线程,它是一个协程,也是这个原因,它是由Go语言运行时本身的算法实现的。

这里我们总结下几个概念:

概念 说明
进程 一个程序对应一个独立程序空间
线程 一个执行空间,一个进程可以有多个线程
逻辑处理器 执行创建的goroutine,绑定一个线程(指的是操作系统线程,即内核线程)
调度器 Go运行时中的,分配goroutine给不同的逻辑处理器
全局运行队列 所有刚创建的goroutine都会放到这里
本地运行队列 逻辑处理器的goroutine队列

当我们创建一个goroutine的后,会先存放在全局运行队列中,等待Go运行时的调度器进行调度,把他们分配给其中的一个逻辑处理器,并放到这个逻辑处理器对应的本地运行队列中,最终等着被逻辑处理器执行即可。

PS:

寄存器是CPU内部的存储单元,用于存放从内存读取而来的数据(包括指令)和CPU运算的中间结果,之所以要使用寄存器来临时存放数据而不是直接操作内存,一是因为CPU的工作原理决定了有些操作运算只能在CPU内部进行,二是因为CPU读写寄存器的速度比读写内存的速度快得多。

参考

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