OS 中的进程、线程和协程

背景 Background

早期计算机中的 CPU 比较弱，通常执行一个任务后才能执行下一个任务，效率特别低。

后来随着计算机相关工业的发展， CPU 的速度提升了，内存也增大了，计算机能干的事也越来越多了，要处理的任务也跟着增加了，一次只能执行一个任务的做法显然是不够用。怎么办？

那我们就让计算机同时执行多个任务吧，但 CPU 只一个（当时只有单核），那就先执行 Task 1 一段时间，然后执行 Task 2 一段时间。这样消费者看起来像是同时执行了两个 Task。

一切都是想起来很美，但现实往往过于真实，让人不忍直视。

CPU 可以在 Tasks 间切换，但内存不行，一旦内存被 Task 1 使用了，如果 Task 2 再使用相同内存地址，要报 dirty read error，要么把 Task 1 里的数据覆盖了。如果是你来解决这个问题，你会怎么设计?

对，让 Task 2 不读 Task 1 的内存地址。那么怎么让计算机知道呢？

那我们就从内存下手， 如果 Task 1 使用了 x0000 ~ x01000（假设值）这一段，我们就标记为 task1。 当 Task 2 要使用内存 x01000 ~ x05000 我们就将这一段标记为 task2，后面 Task 3 ~ Task n 的同理可推。

有了这些标记，OS 就知道哪段内存正在被 Task 几使用，新来的 Task 就会申请后面的内存，这样就算切换任务也不会受影响。

进程 Process

当操作系统发现一个正在运行的进程正在执行某项耗时的操作，通常会将 CPU 的执行权交给另一个进程，虽然现代操作系统采用了时间分片策略。

一个进程，可能会有多种操作，如：网络请求，文件读写，打开关闭数据库等，在这段空闲的时间里，OS 通常会把 CPU 使用权交给别的进程，这样就会造成大量的时间花在进程间切换，并且这种切换是由 OS 来进行管理，开发人员心有余而力不足，怎么办？

线程 Thread

那我们就在进程的基础上再抽象出一层出来 -- 线程，这时一个进程可以派生多个线程，它们还可以选择共享或不共享逻辑资源。

最宁人兴奋的是开发个人可以自己控制线程，但别高兴的太早，如果对线程控制不当，也会造成混乱，从而影响数据有效性。好消息是就算出错了，也只在进程内部，相关于有效的控制了出错的范围。 如果开发人员控制得当，那就会高效的调用 CPU 资源，从而提高生产力，消费者爽得一批。

协程 Coroutine

这个技术名词音同某家大数据杀熟的公司，在此谴责和鄙视一下他们，推荐大家用我前东家「艺龙」服务。

协程提供了一种协作式的多线程（升级啦），每个协程者可以看作一个线程，区别是协程是彼此交错运行的，这表示在某个时间点只能有一个协程在运行。

协程也可以理解为当前 Context（执行上下文），Context 可以是寄存器的值、当前使用的内存地址等。

协程的作用是在不同 Task 间切换，这和 OS 的调度非常像。但不同点是 OS 的执行策略是抢占式，受 OS 调度控制，而协程的 Task 的调度是交给自身来完成。

总结

类别	特点
远古时代	不存在 CPU 切换的工作、只有执行完当前 Task，才能执行下一个 Task、CPU 利用率低，生产效率低。
进程 Process	OS 生成多个不同的进程，可同时执行多个 Task，CPU 利用率和生产效率明显提升，由 OS 来统一调度。如果有进程执行多个操作，需频繁切换时间分片，消耗部分 CPU 时间。一个进程出错整个程序就奔溃了。
线程 Thread	进程可以派生多个线程，多个线程可以执行更多的 Task，开发人员来调度线程。如果某个线程出错，只会影响数据有效性，不会造成整个程序就奔溃。
协程 Coroutine	协程者可看作特殊的线程，彼此交错运行，用于 Task 间切换，非抢占式，调度自身来完成。