进程与线程¶

进程¶

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。

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。

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。

无需线程上下文切换的开销
无需原子操作锁定及同步的开销
方便切换控制流

IO密集型：线程和协程

CPU密集型：进程

进程与线程区别¶

根本区别：进程是操作系统资源分配的基本单位，而线程是处理器任务调度和执行的基本单位
资源开销：每个进程都有独立的代码和数据空间（程序上下文），程序之间的切换会有较大的开销；线程可以看做轻量级的进程，同一类线程共享代码和数据空间，每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器（PC），线程之间切换的开销小。
包含关系：如果一个进程内有多个线程，则执行过程不是一条线的，而是多条线（线程）共同完成的；线程是进程的一部分，所以线程也被称为轻权进程或者轻量级进程。
内存分配：同一进程的线程共享本进程的地址空间和资源，而进程之间的地址空间和资源是相互独立的
影响关系：一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响，但是一个线程崩溃整个进程都死掉。所以多进程要比多线程健壮。
执行过程：每个独立的进程有程序运行的入口、顺序执行序列和程序出口。但是线程不能独立执行，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，两者均可并发执行

线程切换代价小的原因¶

任务调度的开销主要有

CPU执行任务调度的开销，主要是进程上下文切换的开销
- 进程调度还是线程调度都是必须的，所以无关
任务调度后，CPU Cache/TLB不命中，导致缺页中断的开销
- 每个进程都有自己的虚拟地址空间，进程内的所有线程共享进程的虚拟地址空间。
- 把虚拟地址转换为物理地址需要查找页表，页表查找是一个很慢的过程，因此通常使用Cache（TLB）来缓存常用的地址映射加速页表查找。当进程切换后页表也要进行切换，页表切换后TLB就失效了，cache失效导致命中率降低，那么虚拟地址转换为物理地址就会变慢。
- 进程切换上下文，处理器中所有已经缓存的内存地址都会刷新，触发更多的缺页中断。线程不会。

进程通信方式¶

匿名管道¶

管道是半双工的，数据只能向一个方向流动；需要双方通信时，需要建立起两个管道。
只能用于父子进程或者兄弟进程之间(具有亲缘关系的进程);
单独构成一种独立的文件系统，只存在于内存的文件。实质是一个内核缓冲区
写入无名管道的数据超过其最大值，写操作将阻塞，如果管道中没有数据，读操作将阻塞，如果管道发现另一端断开，将自动退出。

有名管道¶

有名管道以磁盘文件的方式存在，可以实现本机任意两个进程通信
有名管道在打开时需要确实对方的存在，否则将阻塞

信号¶

信号可以在任何时候发给某一进程，而无需知道该进程的状态。若当前并未处于执行状态，则该信号就有内核保存起来，直到该进程回复执行
如果一个信号被进程设置为阻塞，则该信号的传递被延迟，直到其阻塞被取消

消息队列¶

消息队列是存放在内核中的消息链表，只有操作系统重启或显式删除时，才真正被删除
允许一个或多个进程向它写入与读取消息
不一定按顺序，可以按消息类型

共享内存¶

多个进程可以可以直接读写同一块内存空间，是最快的可用IPC形式
需要依靠某种同步机制（如信号量）来达到进程间的同步及互斥

信号量（PV）¶

信号量是一个计数器，用于多进程对共享数据的访问，信号量的意图在于进程间同步

socket¶

一般不同主机之间的进程进行双向通信
应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层

线程通信方式¶

等待唤醒：wait, notify
Volatile, sync
忙等待：空循环
JUC