从计算机原理理解 进程 | 线程 | 协程

从计算机原理理解 进程 | 线程 | 协程

程序是什么？

例如QQ.exe或者PowerPoint.exe就是一个程序

进程是什么？

是程序双击启动后加载到内存的那部分内容，是系统资源分配的基本单元

线程是什么？

是程序执行的基本单元，也是操作系统（OS）能调度的最小单元

程序如何开始运行？

双击QQ.exe，那么其相关的文件、资源被加载到内存，内存上会为其分配一个空间，装着这个程序的指令和数据，然后程序从main线程开始执行，假如说这个程序里的一个线程里面有一个指令a=3+2，那么3和2会被放到CPU的Register（寄存器）里，然后ALU（数学逻辑单元）会进行运算，运算后会将结果写回内存的a的地址上，PC（程序计数器）会指向下一条需要执行的指令

线程如何进行调度？

通过（OS）操作系统，如linux里面有线程调度器

线程切换（context switch）的概念是什么？

CPU对原线程进行保存现场（到cache），然后执行新线程，完后进行恢复现场，继续执行原线程的这个么一个过程

协程是什么

协程存在线程中，是比线程更轻量化的存在，协程不是被操作系统内核所管理，而完全是由程序所控制（也就是在用户态执行）。协程相当于在线程内部实现了CPU的原理，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

什么时候用进程、线程、协程

进程：因为存在GIL锁的原因，每个解析器只能同时执行一个线程，所以python下想要充分利用多核CPU，就用多进程，因为每个进程有各自独立的GIL，互不干扰，这样就可以真正意义上的并行执行、所以多核的情况下，考虑进程数与 CPU核心数相同的多进程

线程：不过特殊情况（特指IO密集型任务，如网络、硬盘读写）下，线程会比进程效率高。因为遇到IO任务能通过OS调度切换到其他线程继续执行，充分利用时间。

协程：目前主流语言基本上都选择了多线程作为并发设施，与线程相关的概念是抢占式多任务（Preemptive multitasking），而与协程相关的是协作式多任务。不管是进程还是线程，每次阻塞、切换都需要陷入系统调用(system call)，先让CPU跑操作系统的调度程序，然后再由调度程序决定该跑哪一个进程(线程)。而且由于抢占式调度执行顺序无法确定的特点，使用线程时需要非常小心地处理同步问题，而协程完全不存在这个问题（事件驱动和异步程序也有同样的优点）。因为协程是用户自己来编写调度逻辑的，CPU不用去考虑怎么调度、切换上下文，这就省去了CPU的切换开销，所以协程在一定程度上又好于多线程。

参考资料

https://www.bilibili.com/video/BV1vv411k7L3?p=3

https://blog.csdn.net/zheng199172/article/details/88800275

https://blog.csdn.net/bandaoyu/article/details/90583629?utm_source=app