1. 进程和线程介绍
1.1 进程和线程的介绍
1.1.1 进程
进程是程序在操作系统中的一次执行过程,是系统进行资源分配和调度的基本单位,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
1.1.2 线程
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。
1.1.3 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。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。
1.1.4 进程和线程的关系
- 一个进程可以创建和销毁多个线程,同一个进程中的多个线程可以并发执行
- 一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程
1.2 区别
1.2.1 进程与线程比较
- 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
- 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
- 基本单位: 线程是CPU调度的基本单位,进程是系统进行资源分配和调度的基本单位
- 并发执行: 二者均可并发执行
- 层级关系: 一个进程可以创建和销毁多个线程,同一个进程中的多个线程可以并发执行
- 执行过程: 线程在执行过程中与进程还是有区别的。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。
** 为了加深理解,做个简单的比喻:进程=火车,线程=车厢 **
- 线程在进程下行进(单纯的车厢无法运行)
- 一个进程可以包含多个线程(一辆火车可以有多个车厢)
- 不同进程间数据很难共享(一辆火车上的乘客很难换到另外一辆火车,比如站点换乘)
- 同一进程下不同线程间数据容易共享(A车厢换到B车厢很容易)
- 进程要比线程消耗更多的计算机资源(采用多列火车相比多个车厢更耗资源)
- 进程间不会相互影响,一个线程挂掉将导致整个进程挂掉(一列火车不会影响到另外一列火车,但是如果一列火车上中间的一节车厢与前一节产生断裂,将影响后面的所有车厢)
- 进程可以拓展到多机,进程最适合多核(不同火车可以开在多个轨道上,同一火车的车厢不能在行进的不同的轨道上)
- 进程使用的内存地址可以上锁,即一个线程使用某些共享内存时,其他线程必须等它结束,才能使用这一块内存。(比如火车上的洗手间)-”互斥锁”
- 进程使用的内存地址可以限定使用量(比如火车上的餐厅,最多只允许多少人进入,如果满了需要在门口等,等有人出来了才能进去)-”信号量”
1.2.2 协程与线程进行比较
- 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。
- 线程进程都是同步机制,而协程则是异步
- 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