进程、线程和协程分别是什么？
01 进程
1.定义
进程是操作系统中资源分配和调度的基本单位。它是一个正在运行的程序实例，包含程序代码、数据、进程控制块（PCB）以及其他资源。每个进程都有自己的一套独立的地址空间，一般来说，进程间的资源是不共享的。
2. 特征
-- 独立性：进程是独立的执行单元，拥有自己的内存空间和系统资源。
-- 并发性：多个进程可以同时运行，彼此独立。
-- 动态性：进程是程序的一次执行过程，是动态产生和消亡的。
-- 资源拥有：进程拥有自己的资源，如内存、文件句柄等。
3. 进程的组成
-- 程序代码：要执行的指令集。
-- 数据集合：程序执行时需要的数据和工作区。
-- 进程控制块（PCB）：包含进程的描述信息和控制信息，如进程ID、状态、寄存器内容等。
4. 调度和切换
进程调度是操作系统根据某种算法选择一个就绪进程并分配CPU时间的过程。进程切换涉及保存当前进程的状态并恢复下一个进程的状态，这个过程开销较大。
02 线程
1. 定义
线程是进程中的一个执行单元，是CPU调度和程序执行流的最小单位。线程自身不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源（如执行栈），但它可以与同属一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源。一个进程可以包含多个线程，它们共享进程的资源。
2. 特征
-- 轻量级：线程比进程更轻量，创建和切换开销较小。
-- 共享资源：同一进程内的线程共享内存和文件句柄等资源。
-- 独立调度：线程是独立调度和分派的基本单位。
-- 并发执行：多个线程可以同时执行，提高程序的并发性。
3. 线程的组成
-- 线程ID：唯一标识线程的ID。
-- 程序计数器（PC）：指向下一条要执行的指令。
-- 寄存器和堆栈：保存线程的局部变量和调用栈。
4. 调度和切换
线程调度由操作系统内核完成，线程切换比进程切换开销小，因为线程共享进程的资源，不需要切换内存地址空间。
03 协程
1. 定义
携程我就知道，至于协程....估计很多小伙伴是第一次听到，协程是一种比线程更轻量级的存在，它允许不同的执行线程在执行过程中挂起和恢复。协程通常由用户线程管理，而不是由操作系统内核管理。协程的调度完全由用户控制，这使得它们在I/O密集型任务中非常有用，因为它们可以在等待I/O操作完成时挂起，从而让出控制权给其他协程。
2. 特征
-- 轻量级：协程的创建和切换开销更小，通常只需要几个寄存器的保存和恢复。
-- 用户态调度：协程的调度由用户程序控制，而不是操作系统内核。
-- 非抢占式：协程的切换是主动的，即协程在合适的时机主动让出控制权。
-- 适用于I/O密集型任务：协程适用于需要大量并发但不需要多核并行的I/O密集型任务。
3. 协程的实现
协程通过保存和恢复执行上下文（如寄存器、堆栈指针等）来实现切换。常见的实现方式有：
-- 生成器（Generator）：如Python中的`yield`关键字。
-- 异步函数（Async/Await）：如Python中的`asyncio`库。
4. 调度和切换
协程的调度由程序员控制，通常通过调用特定的函数（如`yield`或`await`）来让出控制权。协程切换不涉及内核态和用户态的切换，因此开销极小。
04 三者比较
1. 进程、线程和协程的比较
| 特性 | 进程 | 线程 | 协程 |
| 定义 | 操作系统资源分配和调度的基本单位 | 进程中的执行单元 | 用户态的轻量级线程 |
| 独立性 | 独立的内存空间和资源 | 共享进程的内存和资源 | 共享进程的内存和资源 |
| 调度 | 由操作系统内核调度 | 由操作系统内核调度 | 由用户程序调度 |
| 切换开销 | 高 | 中 | 低 |
| 适用场景 | 多任务并发，多核并行 | 多任务并发，多核并行 | I/0密集型任务，高并发 |
| 资源占用 | 高 | 中 | 低 |
| 创建开销 | 高 | 中 | 低 |
| 同步机制 | 进程间通信(IPC) | 锁、信号量等同步机制 | 不需要多线程的锁桃制 |
2. 总结
-- 进程：适用于需要独立资源和内存空间的多任务并发场景，具有较高的创建和切换开销。
-- 线程：适用于需要共享资源的多任务并发场景，创建和切换开销较低，但需要同步机制来保证数据一致性。
-- 协程：适用于I/O密集型任务和高并发场景，具有极低的创建和切换开销，由用户程序控制调度，不需要复杂的同步机制。
在实际的操作系统中，线程被包含在进程中，而协程则是建立在线程之上的，通常由程序的运行时或库来管理。协程可以看作是更轻量级的线程，它们通常用于提高程序的并发性能，尤其是在涉及到大量I/O操作的场景中。
