系统调用、进程、线程详解
系统调用
os提供了很多底层的重要函数，我们的程序调用这些底层的函数，被称为系统调用，举例：
为了保证安全性，我们并不能随意访问系统的资源，系统函数就是为用户提供的一种访问系统资源的安全的方式。
内核态和用户态
os通过划分内核态和用户态来达到这一隔离的目的，内核态可以访问任何数据，用户态不能访问内核数据。如Linux输入一个whoami命令，其实这个whoami就是一个系统函数，我们只是通过用户态去系统调用内核态的函数。
内核态可以访问任何数据，用户态不能访问内核数据，这一分层都是依靠硬件实现的，虽然都是在内存中但是把内存划分成了核心段和用户段，不能随意访问。
用户发起系统调用内核的方法的唯一方式就是中断指令int，达到安全性的目的。
其中用户态的whoami方法中包含了中断指令int的代码，将进入内核态调用内核态的whoami方法
进程
为了提高cpu的利用率，不至于一直死等io操作(IO操作比计算操作要耗费的时间多得多)，一个cpu应该交替的执行多个程序，称为并发。这些执行的程序被称为进程。cpu并发的执行不同的进程，需要进行上下文切换，记录进程的状态。操作系统依赖PCB(进程控制块)感知线程。
如打开cmd，初始化只有一个shell进程，当我们输入ifconfig命令时，系统就会执行fork打开一个新进程去执行该命令。
多进程的组织
进程状态图
操作系统就是以这样的形式对多进程进行管理控制的。
进程间的切换是使用os中schedule()这个函数，schedule()中通过查询就绪态选择进程进行调度，具体依赖调度算法选择合适的一个，然后进行上下文切换。
每个进程都有它的内存映射表，使得进程之间的数据隔离。当切换进程时也需要切换对应的内存映射表。
线程
在一个进程之中分出多个指令执行序列、但这些指令序列又共享一个进程中的资源，这些指令序列称为线程，线程间切换代价比较小，不需要切换映射表，只是指令间的切换即可，比较轻量级。
线程(thread)：保留了并发的优点，避免了进程切换的代价。实质就是映射表不变而PC指针变
线程间的切换是依靠TCB(线程控制块)实现的
用户级线程
如：网页浏览器访问一个网站时，一开始在浏览器这个进程里create多个线程，一个线程用来接收服务器的数据，一个线程用于显示文本，一个线程处理图片，一个线程用来显示图片，这几个线程互相切换的执行。当接收数据的线程接收到数据后可以调用yield函数释放cpu的使用权给到其他的线程并发的执行多个线程……
这种方式主要是使用yield实现了多线程的并发运行，create和yield都是用户程序(yield的核心代码就是在多线程间跳转)，执行的时候不需要访问内核，所以使用这种方法实现的多线程叫做用户级线程。
用户级线程内核是感受不到的，这就导致了如果一个进程中的其中一个线程阻塞了，该进程也会被阻塞（包括进程中的其他线程）。
如上图：当进程一中的接收数据的线程执行时需要进行读写网卡的io操作了，相应的进程一就会进入内核态(因为要访问硬件了)，此时io操作花费的时间会比较长，所以进程一进入到阻塞态等待io操作完成，此时cpu(cpu感知不到进程一还有其他线程要执行)就会去执行进程二，所以进程一中的其他线程本来是可以继续执行的，但是因为一个线程而导致了进程被阻塞而得不到执行。所以一些浏览器已经从多线程改为了多进程的方式，每打开一个标签就是一个进程。
计算密集型的，用户级线程就可以，因为不需要IO操作
核心级线程(Kernel Threads)
核心级线程的线程创建(thread_create)是一个系统调用，创建线程会进如到内核，TCB在内核中。当线程进行切换的时候，由用户态转化为内核态，切换完毕要从内核态返回用户态。
核心级线程图
如上图：当进程一的某个线程阻塞了，cpu知道进程一还有其他线程，并不会阻塞进程，其他线程也会有机会得到运行，也会被调度，这种内核级线程的调度叫做schedule而不叫yield。
内核级线程的并发性要更好一些。
多核cpu
多核cpu不像多处理cpu一样有多个内存映射表(MMU)，它只有一个，多个执行序列用共同一个映射表，这其实就是线程。我们再看看核心级线程图，如果想让多个线程分配到多个cpu核心上，就需要使用核心级线程，才能充分的使用到多核心cpu，因为用户级线程cpu没法感知到，没法分配硬件给它，用户级线程只能以进程的方式得到利用。
总结
区别：
- 内核支持线程是OS内核可感知的，而用户级线程是OS内核不可感知的。
- 用户级线程的创建、撤消和调度不需要OS内核的支持，是在语言（如Java）这一级处理的；而内核支持线程的创建、撤消和调度都需OS内核提供支持，而且与进程的创建、撤消和调度大体是相同的。
- 用户级线程执行系统调用指令时将导致其所属进程被中断，而内核支持线程执行系统调用指令时，只导致该线程被中断。
- 在只有用户级线程的系统内，CPU调度还是以进程为单位，处于运行状态的进程中的多个线程，由用户程序控制线程的轮换运行；在有内核支持线程的系统内，CPU调度则以线程为单位，由OS的线程调度程序负责线程的调度。
- 用户级线程的程序实体是运行在用户态下的程序，而内核支持线程的程序实体则是可以运行在任何状态下的程序。
内核线程的优点：
- 当有多个处理器时，一个进程的多个线程可以同时执行。
- 多处理器系统中，内核能够并行执行同一进程中的多个线程。
缺点：
- 需要内核调度，增加了用户态和核心态切换的消耗
用户线程的优点：
- 线程的调度不需要内核直接参与，控制简单。
- 可以在不支持线程的操作系统中实现。
- 创建和销毁线程、线程切换代价等线程管理的代价比内核线程少得多。
- 允许每个进程定制自己的调度算法，线程管理比较灵活。
- 线程能够利用的表空间和堆栈空间比内核级线程多。
缺点：
- 资源调度按照进程进行，多个处理机下，同一个进程中的线程只能在同一个处理机下分时复用
- 同一进程中只能同时有一个线程在运行，如果有一个线程使用了系统调用而阻塞，那么整个进程都会被挂起。另外，页面失效也会产生同样的问题。
轻量级线程
轻量级进程(LWP)是建立在内核之上并由内核支持的用户线程，它是内核线程的高度抽象，每一个轻量级进程都与一个特定的内核线程关联。内核线程只能由内核管理并像普通进程一样被调度。
可以看到图中：轻量级线程可以由用户管理，但是每一个线程又需要一个内核支持，所以轻量级线程就是对内核级线程的一种优化。
由于每个LWP都与一个特定的内核线程关联，因此每个LWP都是一个独立的线程调度单元。即使有一个LWP在系统调用中阻塞，也不会影响整个进程的执行。
轻量级进程具有局限性。
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首先，大多数LWP的操作，如建立、析构以及同步，都需要进行系统调用。系统调用的代价相对较高：需要在user mode和kernel mode中切换。
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其次，每个LWP都需要有一个内核线程支持，因此LWP要消耗内核资源（内核线程的栈空间）。因此一个系统不能支持大量的LWP。
- LWP的术语是借自于SVR4/MP和Solaris 2.x。
- 有些系统将LWP称为虚拟处理器。
- 将之称为轻量级进程的原因可能是：在内核线程的支持下，LWP是独立的调度单元，就像普通的进程一样。所以LWP的最大特点还是每个LWP都有一个内核线程支持。
协程
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，切换代价很小，从广义上分的话可以说携程就是用户级线程，不用内核支持。
携程就是程序员自己写的，自己在内存中维护一个堆栈，它能够在自己的程序中实现多线程并发的运行，即使你的os不支持多线程，你也可以使用携程模拟多线程。
在有大量IO操作业务的情况下，我们采用协程替换线程，可以到达很好的效果，一是降低了系统内存，二是减少了系统切换开销，因此系统的性能也会提升。
在协程中尽量不要调用阻塞IO的方法，比如打印，读取文件，Socket接口等，除非改为异步调用的方式，并且协程只有在IO密集型的任务中才会发挥作用。
协程只有和异步IO结合起来才能发挥出最大的威力。
现如今主流的多线程闻名的语言如golang，erlang都是采用的携程。