并发并行区别，进程的理解

末蓝、 2022-11-10 10:58 213阅读 0赞

### 1、并发和并行的区别 ###

并发程序可以被同时发起执行的程序，

并行可以被设置成在并行的硬件执行的并发程序

并发程序内部交互：

同步程序原则：程序如果想使用一个共享资源，就必须请求该资源，并且获取该资源的访问权限，当程序不需要此资源时，释放该资源。同一时刻，一个资源只能被一个程序占用

传递数据是并发程序内部的另一种交互方式。可以被称为并发程序内部的通讯，协调内部的通讯可以是同步也可以是异步，异步方式可以使得数据在不加以延时的情况下发送给数据接收方，避免等待

### 2、进程的定义 ###

进程是操作系统独立分配的基本单元，

是系统进行资源分配和调度的基本单位

在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。

进程是一个具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。它可以申请和拥有系统资源，是一个动态的概念，是一个活动的实体

进程的状态：可运行状态、可中断的睡眠状态、不可中断的睡眠状态、暂停或跟踪状态、僵尸状态、退出状态

### 3、进程的空间 ###

内核空间、用户空间

一个用户进程总会存在用户空间中，但是不可以对计算机的硬件进行交互性操作

内核却可以和硬件进行交互，但是它在内核空间中

用户空间和内核空间体现了linux操作系统对于物理内存的划分

内存区域每一个单元都是有地址的，这些地址是由指针来标识和定位的

内核会为每一个进程分配虚拟内存而不是物理内存，虚拟内存总是存在用户空间的 ，内核空间是留给内核使用的

内核会把虚拟内存划分成若干个页。而物理内存单元由cpu负责

多个进程之间的物理内存中的页进行一一对应，并不是每个页都有映射，那些没有对应的页可能未被使用或已经切到磁盘，swap

### 4、系统调用 ###

用户进程生存在用户空间中，无法直接操作计算机硬件，但是内核空间的内核可以，用户空间无法访问内核空间，也无法随意指示内核操作硬件，内核会提供一些接口供他们使用，这些接口是用户空间和内核空间的一座桥梁，用户进程使用这些接口的行为叫系统调用。

### 5、进程的切换 ###

进程A切换到进程B的操作流程，内核及时保存进程A之前的运行状态，然后把进行B切换到A的运行状态，

引入一个计数器的概念，从进程A切换进程B的顺序是由计数器来控制的，

进程切换流程：

1、内核运行进程A

2、读取计算器值，并且依此筛选了数据，得到新的数据集合。

3、内核认为A进程已经运行了足够长的时间，所以把进程A换下运行进程B

4、CPU开始读取进程B的计算器值1，并依次筛选数据，得到新的数据集合

5、进程B把数据集合写入data1文件，并写入完成后关闭文件

6、内核把进程B换下，并CPU运行进程A

7、进程A把数据集合写入data1文件，并写入完成后关闭文件

8、把进程A的计算器值更改为10001

9、内核将A换下，并让CPU运行进程B

10、cpu将进程B的计算器值更改为10001

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3lvbmdkZTEyMw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

### 6、线程和协程 ###

（1）实例说明开销更小

10000人同时在线付款，你打算启动10000个线程来处理任务。等等，问题来了，因为每个线程至少会占用4M的内存空间，10000个线程会消耗39G的内存，而服务器的内存配置只有区区8G，这时候你有2种选择，一是选择增加服务器，二是选择提高代码效率。那么是否有方法能够提高效率呢？

我们知道操作系统在线程等待IO的时候，会阻塞当前线程，切换到其它线程，这样在当前线程等待IO的过程中，其它线程可以继续执行。当系统线程较少的时候没有什么问题，但是当线程数量非常多的时候，却产生了问题。**一是系统线程会占用非常多的内存空间，二是过多的线程切换会占用大量的系统时间。**

协程刚好可以解决上述2个问题。协程运行在线程之上，当一个协程执行完成后，可以选择主动让出，让另一个协程运行在当前线程之上。**协程并没有增加线程数量，只是在线程的基础之上通过分时复用的方式运行多个协程**，而且协程的切换在用户态完成，切换的代价比线程从用户态到内核态的代价小很多。

自我总结协程和线程的区别

（1）协程是异步的，线程是同步的

（2）协程消耗的系统资源较小，每个线程消耗4M以上的内存，而协程仅需要消耗8kb

（3）线程执行机制：操作系统在线程等待io的时候，会阻塞当前线程，切换到其它线程，等待线程较多的时候，过多的占用了系统的内存空间，过多的切换回占用大量的系统时间，

协程执行机制：协程在线程之上运行完成后，可以选择主动让出，让另外一个协程运行在当前线程上，协程并没有增加线程数量，只是在线程的基础上进行复用的方式运行多个协程。协程的切换在用户态下完成，切换的代价要比线程从用户态切到内核态的代价小很多。

（协程遇见io，临时交出控制权，让cpu执行其他的函数，等操作完成后，再拿回控制权）

（4）协程可中断、恢复

协程的切换：

先说结论：协程切换比线程切换快主要有两点：（1）协程切换**完全在用户空间进行**，线程切换涉及**特权模式切换，需要在内核空间完成**；（2）协程切换相比线程切换**做的事情更少**。

*  **协程切换**

协程切换只涉及基本的**CPU上下文切换**，所谓的 CPU 上下文，就是一堆寄存器，里面保存了 CPU运行任务所需要的信息：从哪里开始运行（%rip：指令指针寄存器，标识 CPU 运行的下一条指令），栈顶的位置（**%rsp：** 是堆栈指针寄存器，通常会指向栈顶位置），当前栈帧在哪（%rbp 是栈帧指针，用于标识当前栈帧的起始位置）以及其它的CPU的中间状态或者结果（%rbx，%r12，%r13，%14，%15 等等）。协程切换非常简单，就是把**当前协程的 CPU 寄存器状态保存起来，然后将需要切换进来的协程的 CPU 寄存器状态加载的 CPU 寄存器上**就 ok 了。而且**完全在用户态进行**，一般来说一次协程上下文切换最多就是**几十ns** 这个量级。

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