进程，线程与协程这三者之间的关系是个很经典的问题。

操作系统中也会单独拿出一章来详细阐述这几个概念，但大部分教材只是浅尝辄止，给人一种知其然而不知其所以然的感觉

这里重新回顾一下。下图简单明了的展示了三者之间的关系。 |300

1 进程(process)

1.1 定义

进程是操作系统进行资源分配和调度的基本单位

躺在硬盘上的程序也就是程序的可执行文件，是程序的静态表示。当这个程序被操作系统加载到内存中并开始执行时，它才成为一个进程。

所以说进程是程序的一次执行过程，它包括程序的代码、当前的活动以及用到的数据。

1.2 进程状态

根据唯物辩证法，世界是物质的，物质是运动的，而运动是有规律的。因此进程作为程序动态执行的过程，根据不同情况，它有不同的状态，也有规律可循。

一般将进程分为如下五种状态： |525

  • new ：该进程正在产生中
  • ready ：该进程正在等待 CPU 分配资源，只要一拿到资源就可以马上执行
  • running ：该进程取得 CPU 资源并且执行中
  • waiting ：该进程在等待某个事件的发生，可能是等待 I/O 设备输入输出完成或者是接收到一个信号，也可以想成是被 block （阻塞） 住
  • exit ：该进程完成工作，将资源释放掉

1.3 进程的优缺点

优点：相对比较稳定安全，因为进程是操作系统进行资源分配和调度的基本单位，所以每一个进程都拥有独立的系统资源，进程间不容易相互影响，而且因为不会共享data的问题，所以无须对进程作互斥存取之机制。

缺点：进程的建立及切换（context switching）的开销都比较大，因为涉及到OS资源的切换，彼此进程间要通信也比较复杂及耗时。

2 线程(thread)

2.1 定义

线程又叫做是 light weight process，也就是轻量化的 Process。

进程会去执行任务，其实就是进程里面的线程去做的，所以没有进程就没有线程。 而当一个进程里面有多线程，就代表在一个程序中通过开启多个线程的方式来完成不同的任务，因此线程是CPU调度的最小单位。 此外，在一个进程里面的多个线程会共享进程的系统资源。

一个关于进程和线程的形象类比如下

  1. 计算机的核心是 CPU，它承担了所有的计算任务。它就像一座工厂，时刻在运行。
  2. 假定工厂的电力有限，一次只能供给一个车间使用。也就是说，一个车间开工的时候，其他车间都必须停工。背后的含义就是，单个 CPU 一次只能运行一个任务。
  3. 进程就好比工厂的车间，它代表 CPU 所能处理的单个任务。任一时刻，CPU 总是运行一个进程，其他进程处于非运行状态。
  4. 一个车间里，可以有很多工人。他们协同完成一个任务。
  5. 线程就好比车间里的工人。一个进程可以包括多个线程。
  6. 车间的空间是工人们共享的，比如许多房间是每个工人都可以进出的。这象征一个进程的内存空间是共享的，每个线程都可以使用这些共享内存。
  7. 可是，每间房间的大小不同，有些房间最多只能容纳一个人，比如厕所。里面有人的时候，其他人就不能进去了。这代表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。
  8. 一个防止他人进入的简单方法，就是门口加一把锁。先到的人锁上门，后到的人看到上锁，就在门口排队，等锁打开再进去。这就叫“互斥锁”（Mutual Exclusion，Mutex），防止多个线程同时读写某一块内存区域。
  9. 还有些房间，可以同时容纳 𝑛个人，比如厨房。也就是说，如果人数大于𝑛 ，多出来的人只能在外面等着。这好比某些内存区域，只能供给固定数目的线程使用。
  10. 这时的解决方法，就是在门口挂 𝑛 把钥匙。进去的人就取一把钥匙，出来时再把钥匙挂回原处。后到的人发现钥匙架空了，就知道必须在门口排队等着了。这种做法叫做“信号量”（Semaphore），用来保证多个线程不会互相冲突。不难看出，Mutex 是 Semaphore 的一种特殊情况（ 𝑛=1 时）。也就是说，完全可以用后者替代前者。但是，因为 Mutex 较为简单，且效率高，所以在必须保证资源独占的情况下，还是采用这种设计。
  11. 操作系统的设计，因此可以归结为三点：(1). 以多进程形式，允许多个任务同时运行；(2). 以多线程形式，允许单个任务分成不同的部分运行；(3). 提供协调机制，一方面防止进程之间和线程之间产生冲突，另一方面允许进程之间和线程之间共享资源。

协程(coroutine)