go语言并发讲解，虚拟内存的讲解

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并行和并发

今天我们来讲一下在计算机编程中并行和并发的意思
并行(parallel)：指在同一时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行。
并发(concurrency)：指在同一时刻只能有一条指令执行，但多个进程指令被快速的轮换执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果，但在微观上并不是同时执行的，只是把时间分成若干段，通过cpu时间片轮转使多个进程快速交替的执行。
如果字面意思上不好理解的话那么我们可以来看一个例子就可以很轻松的理解出
大师曾以咖啡机的例子来解释并行和并发的区别。

并行是两个队列同时使用两台咖啡机 （真正的多任务）
并发是两个队列交替使用一台咖啡机 （ 假 的多任务）
在计算机上想要实现并行该怎么办，那么我们就要像图中一样增加硬件设备，那么计算机就要增加cpu，但是计算机的cpu是有限的，所以我们就要设计并发来实现在计算机cpu不变的情况下增加运算能力，这就是并发的字面意思。

常见并发编程技术

进程并发

程序和进程
程序，是指编译好的二进制文件，在磁盘上，不占用系统资源(内存、打开的文件、设备、锁….)
进程，是一个抽象的概念，与操作系统原理联系紧密。进程是活跃的程序，占用系统资源。在内存中执行。(程序运行起来，产生一个进程)
程序 → 剧本(纸) 进程 → 戏 (舞台、演员、灯光、道具…)
同一个剧本可以在多个舞台同时上演。同样，同一个程序也可以加载为不同的进程(彼此之间互不影响)
如：同时开两个终端。各自都有一个bash但彼此ID不同。
在windows系统下，通过查看“任务管理器”，可以查看相应的进程。包括我们在基础班写的“飞机大战”等程序，运行起来后也可以在“任务管理器”中查看到。运行起来的程序就是一个进程。

进程状态

进程基本的状态有5种。分别为初始态，就绪态，运行态，挂起态与终止态。其中初始态为进程准备阶段，常与就绪态结合来看。

进程并发
在使用进程 实现并发时会出现什么问题呢？
1：系统开销比较大，占用资源比较多，开启进程数量比较少。
2：在unix/linux系统下，还会产生“孤儿进程”和“僵尸进程”。
在操作系统运行过程中，可以产生很多的进程。在unix/linux系统中，正常情况下，子进程是通过父进程fork创建的，子进程再创建新的进程。
并且父进程永远无法预测子进程到底什么时候结束。 当一个进程完成它的工作终止之后，它的父进程需要调用系统调用取得子进程的终止状态。
孤儿进程
孤儿进程: 父进程先于子进程结束，则子进程成为孤儿进程，子进程的父进程成为init进程，称为init进程领养孤儿进程。
僵尸进程
僵尸进程: 进程终止，父进程尚未回收，子进程残留资源（PCB）存放于内核中，变成僵尸（Zombie）进程。
Windows下的进程和Linux下的进程是不一样的，它比较懒惰，从来不执行任何东西，只是为线程提供执行环境。然后由线程负责执行包含在进程的地址空间中的代码。当创建一个进程的时候，操作系统会自动创建这个进程的第一个线程，成为主线程。

线程并发

什么是线程
LWP：light weight process 轻量级的进程，本质仍是进程 (Linux下)
进程：独立地址空间，拥有PCB
线程：有独立的PCB，但没有独立的地址空间(共享)
区别：在于是否共享地址空间。独居(进程)；合租(线程)。
线程：最小的执行单位
进程：最小分配资源单位，可看成是只有一个线程的进程。
Windows系统下，可以直接忽略进程的概念，只谈线程。因为线程是最小的执行单位，是被系统独立调度和分派的基本单位。而进程只是给线程提供执行环境。
线程同步
同步即协同步调，按预定的先后次序运行。
线程同步，指一个线程发出某一功能调用时，在没有得到结果之前，该调用不返回。同时其它线程为保证数据一致性，不能调用该功能。
举例1： 银行存款 5000。柜台，折：取3000；提款机，卡：取 3000。剩余：2000
举例2： 内存中100字节，线程T1欲填入全1， 线程T2欲填入全0。但如果T1执行了50个字节失去cpu，T2执行，会将T1写过的内容覆盖。当T1再次获得cpu继续 从失去cpu的位置向后写入1，当执行结束，内存中的100字节，既不是全1，也不是全0。
产生的现象叫做“与时间有关的错误”(time related)。为了避免这种数据混乱，线程需要同步。
“同步”的目的，是为了避免数据混乱，解决与时间有关的错误。实际上，不仅线程间需要同步，进程间、信号间等等都需要同步机制。
因此，所有“多个控制流，共同操作一个共享资源”的情况，都需要同步。

协程并发

协程：coroutine。也叫轻量级线程。
与传统的系统级线程和进程相比，协程最大的优势在于“轻量级”。可以轻松创建上万个而不会导致系统资源衰竭。而线程和进程通常很难超过1万个。这也是协程别称“轻量级线程”的原因。
一个线程中可以有任意多个协程，但某一时刻只能有一个协程在运行，多个协程分享该线程分配到的计算机资源。
多数语言在语法层面并不直接支持协程，而是通过库的方式支持，但用库的方式支持的功能也并不完整，比如仅仅提供协程的创建、销毁与切换等能力。如果在这样的轻量级线程中调用一个同步 IO 操作，比如网络通信、本地文件读写，都会阻塞其他的并发执行轻量级线程，从而无法真正达到轻量级线程本身期望达到的目标。
在协程中，调用一个任务就像调用一个函数一样，消耗的系统资源最少！但能达到进程、线程并发相同的效果。
在一次并发任务中，进程、线程、协程均可以实现。从系统资源消耗的角度出发来看，进程相当多，线程次之，协程最少。

Go并发

Go 在语言级别支持协程，叫goroutine。Go 语言标准库提供的所有系统调用操作（包括所有同步IO操作），都会出让CPU给其他goroutine。这让轻量级线程的切换管理不依赖于系统的线程和进程，也不需要依赖于CPU的核心数量。
有人把Go比作21世纪的C语言。第一是因为Go语言设计简单，第二，21世纪最重要的就是并行程序设计，而Go从语言层面就支持并行。同时，并发程序的内存管理有时候是非常复杂的，而Go语言提供了自动垃圾回收机制。
Go语言为并发编程而内置的上层API基于顺序通信进程模型CSP(communicating sequential processes)。这就意味着显式锁都是可以避免的，因为Go通过相对安全的通道发送和接受数据以实现同步，这大大地简化了并发程序的编写。
Go语言中的并发程序主要使用两种手段来实现。goroutine和channel。

Goroutine

什么是Goroutine
goroutine是Go语言并行设计的核心，有人称之为go程。 goroutine说到底其实就是协程，它比线程更小，十几个goroutine可能体现在底层就是五六个线程，Go语言内部帮你实现了这些goroutine之间的内存共享。执行goroutine只需极少的栈内存(大概是4~5KB)，当然会根据相应的数据伸缩。也正因为如此，可同时运行成千上万个并发任务。goroutine比thread更易用、更高效、更轻便。
一般情况下，一个普通计算机跑几十个线程就有点负载过大了，但是同样的机器却可以轻松地让成百上千个goroutine进行资源竞争。

Goroutine的创建

只需在函数调⽤语句前添加 go 关键字，就可创建并发执⾏单元。开发⼈员无需了解任何执⾏细节，调度器会自动将其安排到合适的系统线程上执行。
在并发编程中，我们通常想将一个过程切分成几块，然后让每个goroutine各自负责一块工作，当一个程序启动时，主函数在一个单独的goroutine中运行，我们叫它main goroutine。新的goroutine会用go语句来创建。而go语言的并发设计，让我们很轻松就可以达成这一目的。
示例代码：

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main(){
    go func(){  //加一个go关键字就创建了一个子go程
        for i:=0;i<5;i++{
            fmt.Println("这里是一个匿名函数go进程") //打印一次
            time.Sleep(time.Second)  //延时一秒
        }
    }()
    for i:=0;i<5;i++{
        fmt.Println("main")
        time.Sleep(time.Second)  //延时一秒
    }

}

打印结果如下

这就是go的并发，只需要在前面加一个关键字就可以了，在这里子go程和主go程相互夺取cpu，cpu用来分配时间轮转片，轮到谁就执行，在这个程序里面因为都延时了1秒，所以运行一次就会给对方运行
一个程序要想运行，必须要有“进行地址（虚拟地址）空间”， 所有系统都一样
下面我们来看一下虚拟内存的讲解，我们先来看一张图

我们图中是拿了一个512M的物理内存来举例子，电脑假设为32位的电脑，在32位电脑上，我们运行一个程序图中左边都有两个go程序，都会分配4G的空间给程序，分别为代码区，只读数据区，数据区，未初始化数据区，堆区，栈区，内核区，但是我们的物理内存只有512M，那么两个程序占8G，那么够用吗，其实是够的，这是为什么？，这是因为在程序运行是CPU中的MMU会映射一个虚拟内存出来，你可以当作想象吧，我们平时看到的内存条什么的物理内存都会有一个物理地址，但是我们是不能直接拿物理地址来操作程序什么的，我们平时操作的地址都是CPU映射出来的虚拟内存的虚拟地址，图中我们在虚拟内存中声明了两个变量，这样CPU通过MMU来在真实的物理内存上面映射两个物理地址，类似于将物理地址和虚拟地址链接一下，然后等程序运行完毕，直接将虚拟内存释放，这样的话运行程序在32位电脑上虚拟出来的4G都是虚拟出来的。
如果想要了解更多的硬件问题推荐一下《计算机组成原理》这本书可以去了解一下