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01 、介紹
進(jìn)程是一個可執(zhí)行程序在運行時的一塊獨立的虛擬內(nèi)存[1]空間，Linux 給每個進(jìn)程分配一個虛擬內(nèi)存空間，包括?？臻g、未使用內(nèi)存、堆空間、BSS、DATA、TEXT 等。
線程可以理解為輕量級進(jìn)程，多個線程“寄生”在一個進(jìn)程中，每個線程有獨立的棧空間，其它虛擬內(nèi)存空間，多個線程共享，所以線程之間通信比較簡單，也就是說線程之間可以通過共享內(nèi)存通信。
進(jìn)程和線程都是 CPU 的一個執(zhí)行單元，在內(nèi)核態(tài)切換，切換成本較高。
協(xié)程是用戶態(tài)的一個偽執(zhí)行單元，在用戶態(tài)切換執(zhí)行流程，切換成本較低。
02、切換執(zhí)行單元的成本
我們通過介紹線程和協(xié)程的切換流程，講述為什么在內(nèi)核態(tài)切換的成本較高，而在用戶態(tài)切換的成本較低？
因為進(jìn)程和線程都是內(nèi)核態(tài)切換，并且進(jìn)程切換成本比線程切換成本更高，所以只介紹線程切換和協(xié)程切換的切換成本。
內(nèi)核態(tài)切換 - 線程
在了解線程在內(nèi)核態(tài)切換之前，我們先了解一下什么是 CPU 時間片[2]，在操作系統(tǒng)中，我們會安裝很多軟件，并且我們會同時使用多個軟件，而 CPU 資源有限。
為了讓多個軟件可以在操作系統(tǒng)中同時運行，CPU 分成一個個的時間片，在每個時間片中運行一個軟件的一個線程，因為時間片非常短，所以我們會感覺多個軟件在同時運行。
在編寫代碼時，我們?yōu)榱丝梢宰尦绦虮环峙涞礁嗟?CPU 資源，可以多創(chuàng)建一些線程，用于提升程序運行的效率。需要注意的是，線程并不是創(chuàng)建越多越好。
因為 CPU 在內(nèi)核態(tài)切換執(zhí)行單元（線程）時，會有時間成本，在進(jìn)行切換執(zhí)行單元時，需要保存寄存器中的數(shù)據(jù)，將原執(zhí)行單元的狀態(tài)保存，切換操作也會占用 CPU 資源（時間片），從而減少了供線程運行的 CPU 資源（時間片）。
除了時間成本之外，還會有性能開銷，系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)度線程，需要用戶空間和內(nèi)核空間切換，因為只有擁有最高權(quán)限的內(nèi)核空間才可以調(diào)度線程，限于篇幅，我們不再展開敘述。
用戶態(tài)切換 - 協(xié)程
因為通過創(chuàng)建線程（執(zhí)行單元），為程序爭取更多的 CPU 資源，在線程切換時也會浪費 CPU 資源（時間成本），所以可以將執(zhí)行單元不再在內(nèi)核態(tài)運行，改為在用戶態(tài)運行，也就是協(xié)程。
協(xié)程的切換成本較低，是因為切換比較簡單，并且是在用戶態(tài)進(jìn)行切換，切換的時間成本較低（納秒級），只需將當(dāng)前協(xié)程的 CPU 寄存器的狀態(tài)先保存起來，然后將需要 CPU 資源的協(xié)程的 CPU 寄存器的狀態(tài)加載到 CPU 寄存器中。
關(guān)于 Go 協(xié)程的調(diào)度，我們在之前的文章中介紹過，此處不再贅述。
03 、內(nèi)存占用
除了 CPU 資源有限之外，內(nèi)存資源也是有限的，所以我們還需要了解進(jìn)程、線程、協(xié)程的內(nèi)存占用。
讀者朋友們應(yīng)該知道 32 位操作系統(tǒng)只支持 4G 內(nèi)存的內(nèi)存條，這是因為進(jìn)程在 32 位操作系統(tǒng)中最多只能占用 4G 內(nèi)存，而在 64 位操作系統(tǒng)中可以占用更多內(nèi)存。
線程占用內(nèi)存一般是 10MB，不同的操作系統(tǒng)版本之間有些差異，區(qū)間在 4M - 64M。
協(xié)程占用內(nèi)存最小，一個協(xié)程占用 2KB 左右的內(nèi)存。
04 、總結(jié)
本文我們主要介紹為什么 Go 協(xié)程比進(jìn)程和線程占用的系統(tǒng)資源低，通過進(jìn)程、線程、協(xié)程的 CPU 資源和內(nèi)存占用的比較，發(fā)現(xiàn)無論是在切換時消耗的 CPU 資源（時間片），還是內(nèi)存占用，Go 協(xié)程都有明顯優(yōu)勢。
一句話總結(jié)就是 Go 協(xié)程的切換成本和內(nèi)存占用比線程和進(jìn)程都低。
需要注意的是，Go 協(xié)程占用系統(tǒng)資源低，并不代表可以無限創(chuàng)建 Go 協(xié)程。
參考資料
- http://www.cs.rpi.edu/academics/courses/fall04/os/c12/
- https://www.geeksforgeeks.org/time-slicing-in-cpu-scheduling/
新聞標(biāo)題：Go 協(xié)程為什么比進(jìn)程和線程占用的系統(tǒng)資源低？
網(wǎng)頁URL：http://m.5511xx.com/article/dpsgjeh.html
