多任务

单核CPU执行多任务

• 方法：操作系统控制CPU轮流让各个任务交替执行。

例如：
任务1执行0.01秒，切换到任务2，任务2执行0.01秒，再切换到任务3，执行0.01秒……这样反复执行下去。
表面上看，每个任务都是交替执行的，但是，由于CPU的执行速度实在是太快了，我们感觉就像所有任务都在同时执行一样。

因此，真正的并行执行多任务只能在多核CPU上实现，但是，由于任务数量远远多于CPU的核心数量，
所以，操作系统也会自动把很多任务轮流调度到每个核心上执行。

并发与并行

• 并发：任务数多余cpu核数（通过操作系统的各种任务调度算法，实现用多个任务“一起”执行，看上去一起执行）
• 并行：任务数小于等于cpu核数（任务一起执行）

CPU执行程序的原理

1. RAM、ROM、CPU、Instruction指令的含义：

• RAM：内存，断电后内容无法保存，也称为易失性存储
• ROM：外存，指硬盘等
• CPU：计算机的所有计算操作都由CPU执行（有输入和输出的集成电路）
• Instruction指令：CPU进行操作的基本单元（包括操作对象、操作对象的地址、对操作对象进行何种操作）

2. RAM、ROM、CPU的联系：
   （1）RAM的速度远快于ROM
   （2）CPU与内存直接进行数据交换

3. RAM相关结构：
   程序被CPU执行之前，首先要被编译成CPU可执行的指令。
   内存中存放的数据分为两类，一类是指令；另一类是数据。
   不管是指令还是数据，都有其相对应的地址

4. CPU相关结构（下面指CPU执行指令时所涉及的基本结构）：

• Program Counter（程序计数器）
• Instruction Register（指令寄存器）
• Data Register（数据寄存器）
• ALU（算数逻辑单元）

5. 作用：
   （1）计数器、寄存器：相当于存放数据的器件
   （2）程序计数器用来存放指令的地址
   （3）指令寄存器用来存放指令
   （4）数据寄存器用来存放参与计算的数据
   （5）ALU用来计算的器件

程序、进程、线程

1. 含义：

• 程序（静态代码）是含有指令和数据的文件，被存储在磁盘或其他的数据存储设备中。
• 进程（动态的）是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位。
• 线程（轻量级进程）

2. 联系：
   （1）系统运行一个程序即是一个进程从创建、运行到消亡的过程；
   （2）一个进程就是一个执行中的程序，进程在计算机中一个指令接着一个指令地执行，每个进程还占某些系统资源；
   （3）当程序在执行时，进程将会被操作系统载入内存中；
   （4）一个进程在其执行的过程中可以产生多个线程；

3. 区别：
   进程与线程：同类的多个线程共享同一块内存空间和一组系统资源。
   所以系统在产生一个县城或者在各个线程之间作切换工作时，负担要比进程小得多。

4. 结论：
   进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存，从而极大地提高程序的运行效率。

进程、线程和协程

• 单进程（批处理）：程序由头执行到尾后，才让出CPU，让另一个程序去执行。
• 主线程+子线程：存活在一个进程中，不同线程处理不同的事情。
• 协程：用来处理队列问题（例如生产者消费者问题），类似于是对线程的改进。对于线程处理不同的事情时相互之间有联系，协程完全被程序员所调度和掌控，不用操作系统介入

【拓展】

• IO密集型：用多线程、多协程完成

• 计算密集型：用单进程（进程里不用再分多线程）

根据处理问题的不同，使用线程、进程、协程
Python是少量可以处理协程的编程语言之一，
而其他编程语言都能处理线程和进程。