1、聊一聊

今天為大家講解講解OS中的線程、進程和協(xié)程的這幾個概念，同時一起看看RTOS中的任務到底屬于哪一種。

2、三者整體關系圖

很多小伙伴在學習OS的過程中會遇到各種程序形態(tài)，比如說進程、線程、協(xié)程、管程、纖程，oh my god！要是對他們不熟悉還真分辨不清楚，今天作者主要是把大家平時最常遇到的進程、線程和協(xié)程這三個概念講一講，其他形態(tài)作者后續(xù)再慢慢補充相關文章，下面我們簡單看一下windows里面的進程(Linux也是類似的)，如下圖所示：

我們可以發(fā)現(xiàn)每行表示一個進程，同時一個進程包含多個線程，那么進程、線程和協(xié)程的關系到底是怎樣的呢?作者這里畫了個簡圖，供大家參考。

3、詳細分析一下

1)并發(fā)與并行

在講解進程之前我們先看看并發(fā)與并行的概念，并發(fā)字面上的意思就是一起發(fā)生，在乎的是一種感覺，對于單核CPU而言其對指令的處理都是順序執(zhí)行，只是說類似于一種時間上分時交替處理，給用戶的一同發(fā)生的表象，這就是并發(fā)。

并行是指令同一時刻一起運行，這種方式一般在多處理器系統(tǒng)中發(fā)生。

2) 進 程

進程是一種程序的動態(tài)執(zhí)行過程，進程對CPU并不是獨占連續(xù)執(zhí)行的，OS管理著進程需要經(jīng)常打斷當前的進程，并對多個進程進行監(jiān)控調度等，那么在內核中就有一個結構體叫做進程控制塊PCB(學RTOS應該聽過任務控制塊TCB，后面會提到)-(Process Control Block),該結構體包含了該進程幾乎所有的信息和資源，那么OS也就是通過這個控制塊來獲得進程信息并管理進程。

進程的設計是為了讓各個應用程序能夠更好的進行隔離，比如在瀏覽網(wǎng)頁突然瀏覽器奔潰了這不會影響到我的音樂播放器，前面作者發(fā)布的OS對內存的管理可以了解到每個進程都會有自己獨立的內存空間，并且通過內存管理模塊MMU和頁表機制各個進程之間形成了隔離。

如果進行多進程的并發(fā)勢必需要保存當前進程現(xiàn)場信息，比如寄存器，堆棧，更新頁表，甚至還需要從外存(比如磁盤中)置換出進程進行運行，這樣對于CPU的開銷非常大，于是為了減少開銷便有了進程內的并發(fā)線程。

3)線 程

進程的目的是隔離并發(fā)，可以說線程是實現(xiàn)的共享并發(fā)，所有的線程都是共用屬于進程的資源，線程是進程指令流的剝離，同樣線程有對應的結構體信息管理TCB類似于RTOS中的TCB。

由于線程資源共享，所以各個線程之間是會存在相互的影響，如果一個線程出現(xiàn)奔潰混亂，極大可能會影響到該進程中的其他線程；同時對于共享資源的讀寫也就會存在競爭問題，那么這樣就產(chǎn)生了一系列的共享資源的處理辦法，臨界區(qū)，互斥信號等等。

同時現(xiàn)在目前大部分OS其線程的管理、調度和并發(fā)都是通過內核了完成的，這樣就會存在較多系統(tǒng)調用以及從用戶態(tài)到內核態(tài)的切換，都會消耗一些時間，為了更進一步減少開銷，直接在用戶態(tài)實現(xiàn)更好的并發(fā)就出現(xiàn)了協(xié)程概念。

4) 協(xié) 程

之前的總覽關系圖我們也知道一個線程里面可以運行多個協(xié)程，其實函數(shù)調用就是一種狀態(tài)為初態(tài)的協(xié)程，A函數(shù)中調用B函數(shù)，可以認為是A任務切換到B任務來執(zhí)行，然后執(zhí)行完回到A任務，不過這樣調用的任務始終是從初始狀態(tài)開始，如果一個函數(shù)主動放棄CPU通過保存當前現(xiàn)場，比如寄存器值等，然后恢復到另外一個函數(shù)的寄存器狀態(tài)，便實現(xiàn)了任意狀態(tài)函數(shù)的并發(fā)執(zhí)行，就實現(xiàn)了協(xié)程。好吧，解釋得有點繞，畫個圖理解理解:

協(xié)程的特點：

協(xié)程是用戶態(tài)執(zhí)行的并發(fā)，相對線程開銷要小；

協(xié)程主動放棄占用，對相關資源不需要進行鎖處理；

非常適合IO密集型任務，比如非常經(jīng)典的生產(chǎn)者與消費者的雙線程模式，如果用協(xié)程，生產(chǎn)出來以后立馬讓步給消費者進行處理，效率非常高。

4、RTOS任務屬于多線程

對于目前主流的RTOS，比如ucos，freeRTOS，RT-thread等等，都是屬于并發(fā)的線程，其實從RT-thread名字上看，其表示的就是實時的線程。

首先對于MCU上的資源每個任務都是共享的，可以認為是單進程多線程模型。

MCU一般沒有內存管理模塊MMU等等，這樣無法很好的實現(xiàn)進程的安全，如果用軟件實現(xiàn)，開銷太大，對于MCU沒有太多的必要，這也是為什么我們當個任務程序跑飛會導致整個程序無法運行的原因。

NOTE：圖2.2.2和表2.2.1引自《玩轉嵌入式多任務程序設計Demo》

5、最后小節(jié)

可能部分小伙伴對于這幾個概念還有諸多疑惑，其并不是對這幾個概念不理解而是對OS的運行原理有些迷惑，所以大家對這部分感興趣也可以查找相關書籍進行系統(tǒng)的學習，加油！