协程、线程与进程

协程、线程、进程等概念是我们作为开发人员经常会听到的一些词。本文就这些概念做了一些浅陋的研究，希望能够抛砖引玉。 在讲解线程，协程之前首先需要了解一些基础的计算机概念

内核：在现代操作系统中，往往将一些基本的、公共的、运行频率高的模块以及关键数据结构独立开来，使其常驻内存，这一部分被称为内核。内核是基于硬件的第一层软件封装，它控制着计算机的硬件资源，负责管理进程、内存、文件网格系统、设备驱动程序等，为上层的应用提供安全的硬件访问。上层应用程序通过内核提供的接口访问硬件资源，这些接口被称为系统调用。

特权级：一种保护数据安全、阻止恶意行为的机制。操作系统提供不同的权限来访问对应级别的资源。从系统的安全性和稳定性考虑，用户的应用程序不能直接访问硬件资源，一些危险的指令只有操作系统可以执行，此外特权级也可以防止一些应用程序滥用其他程序的资源。0级特权可以访问计算机硬件资源，3级特权一般是给应用程序使用的，可以调用基本的cpu指令。

内核态和用户态：当一个进程执行系统调用执行内核代码的时候，进程就处于内核态。进程执行用户自己的代码的时候，称为用户态。内核态运行在0级特权，用户态运行在3级特权

程序、进程、线程、协程：

1. 程序：一组数据和指令的集合。
2. 进程：执行中的程序实例，是一个动态的概念。每个进程有自己独立的地址空间。
3. 线程：属于进程，是cpu的基本调度单位，线程用于处理并发逻辑，拥有独立的栈。
4. 协程：轻量的用户态线程。
5. 调度：一个方法，决定接下来哪个上下文可以获取cpu时间

举例描述，我们桌面上的应用A是程序，它是由指令和数据构成的集合，当我们打开应用A时，就可以在任务列表里面看到一个应用A的进程，每次打开都会有一个唯一的进程Id标识该进程。如果我们打开另外一个应用B，就会产生一个应用B的进程，试想一下，如果进程之间的内存空间是可以共享的，那么B运行时可能就会发现内存中多了很多A的变量（B表示一脸懵逼），应用程序之间的数据就会遭到污染，严重的话应用的一些用户登录信息甚至可能被恶意程序获取，所以每个进程都会有独立的内存空间，进程之间的数据是不可以直接访问的。最初操作系统中能够拥有资源和独立运行的基本单位是进程，由于进程创建、撤销以及切换的开销太大，所以出现了线程。线程是cpu的基本调度单位，它基本不占用系统资源（只占有极少数的保证运行必不可少的资源），因此线程的切换等操作都比进程快很多，无论是内核的线程还是应用程序的线程，它们的创建、切换和撤销等操作都是由内核实现，在线程切换的过程中，进程为了管理需要从用户态切换到内核态，还是会消耗资源，协程就是为了解决这个问题而出现的。协程是通过语言级别的调度算法实现的，程序自己控制着现成的切换，进程不需要进入内核态，协程就是轻量的用户态线程

进程与线程的区别：

1. 地址空间和其他资源：进程之间互相独立，同一进程的各线程之间共享
2. 通信：进程之间通过管道、消息队列、旗语、共用内存以及套子节等方法通信（IPC），线程之间可以直接读取数据（如全局变量）通信

线程有三种状态：等待态（阻塞态）、就绪态、运行态。基本操作如下：

1. 派生：线程在进程中派生出来，可以有线程或者进程派生
2. 阻塞：如果一个线程需要等待某个事情发生才能执行，则被阻塞，线程处于等待态
3. 激活：如果阻塞线程的事件发生，则被激活，线程处于就绪态
4. 调度：选择一个就绪态线程进入执行状态，该线程进入运行态。
5. 结束：如果一个线程结束，它的寄存器上下文以及堆栈内容等将被释放