进程、线程、协程?进程、线程间如何通信?

三者分别代表什么?

  • 进程:是并发执行的程序在执行过程中分配和管理的基本单位, 是一个动态概念。
  • 线程:是进程中的一个运行实体,是CPU的调度单位,一般称为轻量级线程。
  • 协程:是一种用户态的轻量级线程,调度全由用户控制。

线程和进程的区别

  1. 进程是资源分配的最小单位,线程是程序执行的最小单元
  2. 进程拥有自己的独立空间,每启动一个进程,系统都会为其分配地址空间。线程是进程的一个实体,一个进程至少有一个线程,一个进程内的所有线程共享进程的资源。
    3.线程占用的资源比进程少很多,故创建线程和切换线程的开销小很多;一个进程的死亡一般不会对其他进程有影响,而一个线程死亡,可能会导致整个进程死亡。
这里还会涉及多进程、多线程的对比

简单概括就是:多进程是指计算机同时运行多个进程,里每个进程都拥有自己的数据、互不干涉;共享复杂,需要IPC,同步简单。占用内存多切换复杂。多线程是指一个进程里有多个线程在执行,这些线程共享所属进程的数据,同步较难,CPU利用率高,创建、销毁、切换简单。

关于协程:
  • 首先是用户态的概念。为了防止进程访问对操作系统的稳定运行造成破会,对一些资源的额访问进行了等级划分,分为内核态和用户态。当一个进程在执行用户自己的代码时处于用户运行态,此时特权级最低为3级,大部分用户直接面对的程序都是运行在用户态。Ring3状态不能访问Ring0的内核地址空间,包括代码和数据。
  • 协程的调度,协程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,直接操作栈基本没有内核切换的开销,可以不加锁访问全局变量,协程时异步机制。
    进程在需要操作系统帮助完成一些用户态自己没有特权和能力完成的操作时就会切换道内核态。

进程间通信

PIC(InterProcess Communication)是指在不同的进程之间交换信息。
主要方式有如下几种


进程间通信方式.png

线程间通信

线程间通信主要用于线程同步,故线程没有像进程通信中用于数据交换的通信机制,主要有如下几种方式:

  • 锁机制:
  1. 互斥锁:以排它方式阻止数据结构被并发修改的方式
  2. 读写锁:允许多个线程同时读共享数据,对写操作互斥
  3. 条件变量:以原子方式阻塞进程,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
  • 信号量机制:无名线程信号量、有名线程信号量
  • 信号机制: 类似于进程间的信号处理。

操作系统分配的进程空间是指:内核态内存空间、用户态的堆栈(一般8M,从高地址向低地址增长)、数据段、进程代码段。

  • 线程共享的有:进程代码段、进程共有数据、进程当前目录、进程用户ID、进程组ID。
  • 线程私有的:线程ID、寄存器的值、线程的栈、线程优先级、错误返回码、线程信号屏蔽码。

线程的上下文切换开销包括:直接开销和间接开销。

  • 直接开销:操作系统保存恢复上下文(CPU寄存器值,程序计数器值)所需的开销; 线程调度器调度线程的开销
  • 间接开销:处理器高速缓存重新加载的开销;上下文切换可能导致整个一级高速缓存中的内容被冲刷,即被写入到下一级高速缓存或主存
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