高并发处理之动态语言处理——进程线程协程

进程:

计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度的基本单位,是操作数据结构的基础,是一个“执行中的程序”;

一、进程的三态模型:多道程序系统中,进程在处理器上交替运行,状态不断的发生变化;

运行当一个进程在处理机上运行时,称该进程处于运行状态,处于此状态的进程的数目小于等于处理器的数目,对于单处理机系统,处于运行状态的进程只有一个,在没有其他进程可以执行时(如所有进程都在阻塞状态),通常会自动执行系统的空闲进程;

就绪:当一个进程获得了除处理机以外的一切所需资源一旦得到处理机即可运行,则称此进程处于就绪状态,就绪进程可以按多个优先级来划分队列,如当一个进程由于时间片用完而进入就绪状态时,排入低优先级队列,当进程由I/O操作完成而进入就绪状态时,排入高优先级队列

阻塞:也称为等待睡眠状态,一个进程正在等待某一事件发生(如请求I/O而等待I/O完成等)而暂时停止运行,这时即使把处理机分配给进程也无法运行;

 

引起进程状态转换的具体原因如下:
运行态→等待态:等待使用资源;如等待外设传输;等待人工干预。
等待态→就绪态:资源得到满足;如外设传输结束;人工干预完成。
运行态→就绪态:运行时间片到;出现有更高优先权进程。
就绪态→运行态:CPU 空闲时选择一个就绪进程。

 

二、进程的五态模型:对于一个实际的系统,进程的状态及其转换更为复杂,

新建态:对应于进程刚刚被创建时没有被提交的状态,并等待系统完成创建进程的所有必要信息;

活跃就绪/静止就绪:进程在主存并且可被调度的状态/指进程被对换到辅存时的就绪状态,是不能被直接调度的状态,只有当主存中没有活跃就绪态进程,或者是挂起就绪态进程具有更高的优先级,系统将把挂起就绪态进程调回主存并转换为活跃就绪;

运行

活跃阻塞/静止阻塞:指进程已在主存,一旦等待的时间产生便进入活跃就绪状态/进程对换到辅存时的阻塞状态,一旦等待的事件产生便进入静止就绪状态;

终止态:进程已结束运行,回收除进程控制块之外的其他资源,并让其他进程从进程控制块中收集有关信息;由于用户的并发请求,为每一个请求都创建一个进程显然是行不通的,从系统资源开销方面或是响应用户请求的效率方面来看,因此线程的概念被引进。

 

引起进程状态转换的具体原因如下:
NULL→新建态:执行一个程序,创建一个子进程。
新建态→就绪态:当操作系统完成了进程创建的必要操作,并且当前系统的性能和虚拟内存的容量均允许。
运行态→终止态:当一个进程到达了自然结束点,或是出现了无法克服的错误,或是被操作系统所终结,或是被其他有终止权的进程所终结。
运行态→就绪态:运行时间片到;出现有更高优先权进程。
运行态→等待态:等待使用资源;如等待外设传输;等待人工干预。
就绪态→终止态:未在状态转换图中显示,但某些操作系统允许父进程终结子进程。
等待态→终止态:未在状态转换图中显示,但某些操作系统允许父进程终结子进程。
终止态→NULL:完成善后操作。

线程

有时被称为轻量级进程,是程序执行流的最小单元。是进程中的一个实体,是被系统独立调度和分派的基本单位自己不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源。

但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤销另一个线程,同一进程中的多个线程之间可以并发执行

线程是程序中一个单一的顺序控制流程,进程内一个相对独立的、可调度的执行单元,是系统独立调度和分派CPU的基本单位指运行中的程序的调度单位。在单个程序中同时运行多个线程完成不同的工作成为多线程。每一个程序都至少有一个线程,若程序只有一个线程,那就是程序本身。

线程的状态

就绪:线程具备运行的所有条件,逻辑上可以运行,在等待处理机;

运行:线程占有处理机正在运行;

阻塞:线程在等待一个事件(如某个信号量),逻辑上不可执行。 

 

协程

是一种用户态轻量级线程调度完全由用户控制协程拥有自己的寄存器上下文和栈;协程调度切换时,将寄存器上下文和栈保存到其他地方,在切回来的时候,恢复先前保存的寄存器上下文和栈,直接操作栈则基本没有内核切换的开销,可以不加锁的访问全局变量,所以上下文的切换非常快

 

总结

进程和线程的区别

线程是进程内的一个执行单元,进程内至少有一个线程,共享进程的地址空间,而进程有自己独立的地址空间;进程是资源分配和拥有的单元,同一个进程内的线程共享进程的资源;线程是处理器调度的基本单位,但进程不是;二者均可并发执行;每个独立的线程有一个程序运行的入口,顺序执行序列和程序的出口,但是线程不能够独立执行,必须依存在应用程序中,由应用程序提供多个线程执行控制

线程和协程的区别

一个线程可以多个协程,一个进程也可以单独拥有多个协程;进程线程都是同步机制,而协程则是异步;协程能保留上一次调用时的状态,每次过程重入时,就相当于进入上一次调用的状态。 

多进程

同一时间里,同一个计算机系统中如果允许两个或两个以上的进程处于运行状态;多开一个进程,多分配一份资源,进程间通讯不方便;

多线程

线程就是把一个进程分为很多片,每一片都可以是一个独立的流程,与多进程的区别是只会使用一个进程的资源,线程间可以直接通信;

同步阻塞

多进程:最早的服务器端程序都是通过多进程,多线程来解决并发I/O的问题;一个请求创建一个进程,然后子进程进入循环同步阻塞地与客户端连接进行交互,收发处理数据;多线程:线程中可以直接向某一个客户端连接发送数据;步骤:创建一个socket,进入while循环,阻塞在进程accept操作上,等待客户端连接进入,主进程在多进程模型下通过fork创建子进程,多线程模型下可以创建子线程,子进程/线程创建成功后进入while循环,阻塞在recv调用上,等待客户端向服务器发送数据,收到数据后服务器程序进行处理然后使用send向客户端发送响应,当客户端连接关闭时,子进程/线程退出并销毁所有资源。主进程/线程会回收掉此子进程/线程;缺点:这种模型严重依赖进程的数量解决并发问题,启动大量进程会带来额外的进程调度消耗

异步非阻塞

现在各种高并发异步IO的服务器程序都是基于epoll(无限数量连接,无需轮询)实现的。IO复用异步非阻塞程序使用经典的Reactor模型,Reactor顾名思义就是反应堆的意思,它本身不处理任何数据收发,只是可以监视一个socket句柄的事件变化。Reactor模型:Add:添加一个socket到Reactor,Set:修改socket对应的事件,如可读可写,Del:从Reactor中移除,Callback:事件发生后回调指定的函数。Nginx:多线程Reactor,swoole:多线程Reactor+多进程Worker

 

posted @ 2020-09-20 10:51  Achilles_Heel  阅读(197)  评论(0编辑  收藏  举报