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Linux 进程、线程与协程的区别与联系

冰川箭仙

冰川箭仙

发布时间:2026-01-25 18:34:05

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来源于php中文网

原创

进程是资源隔离的最小单位,拥有独立虚拟地址空间,fork()开销大且不适用于高并发;线程共享地址空间但需同步,崩溃会终止整个进程;协程由用户态调度、切换快,但依赖非阻塞IO和事件循环。

linux 进程、线程与协程的区别与联系

进程是资源隔离的最小单位,别指望它共享内存

在 Linux 中,fork() 创建的每个进程都有独立的虚拟地址空间:代码段、堆、、文件描述符表全都不互通。你改了父进程的全局变量,子进程完全看不到;子进程 malloc 出来的内存,父进程也碰不到。这种强隔离带来稳定性——一个进程段错误(Segmentation fault),不会拖垮其他进程。但代价也很实在:每次 fork() 都要复制页表、分配内核数据结构(如 task_struct),开销大到没法用于高并发连接场景。

  • 别用进程做 10k+ 并发服务,光是内存和调度压力就扛不住
  • 父子进程通信必须走 pipe()socketpair()shm_open(),不能直接传指针
  • ps aux 看到的每个 COMMAND 行基本对应一个独立进程,PID 不同、VSZ虚拟内存)各自计数

线程共享地址空间,但得自己管好竞态

Linux 的线程本质是“轻量级进程”(LWP),由 clone() 系统调用带 CLONE_VM 标志创建。它们共用同一个 mm_struct(即堆、全局变量、代码段),但每个线程有独立的用户栈、寄存器上下文和 thread_info。这意味着你可以让多个线程同时读写同一块 int counter,但必须加锁——pthread_mutex_lock() 不是可选项,是必选项。否则出现 counter++ 被两个线程同时读-改-写,结果只加了一次,这种 bug 很难复现却极难排查。

  • 线程崩溃(比如野指针解引用)会直接 kill -SEGV 整个进程,所有线程一起退出
  • top -H 可以按线程视图看 CPU 占用,LWP 列就是线程 ID(TID),和 PID 可能不同
  • 默认栈大小通常 8MB,开太多线程(比如 >2k)容易触发 Cannot allocate memory 错误,不是内存真不够,而是线程栈占满虚拟地址空间

协程不进内核,切换快但得自己调度

Linux 内核根本不认识协程。像 Go 的 goroutine、Python 的 asyncio.Task、C++20 的 std::coroutine,全靠运行时在用户态用 setjmp/longjmpucontext(或更现代的 makecontext)保存/恢复寄存器与栈指针。一次协程切换不触发系统调用,耗时纳秒级;而线程切换要进内核,至少微秒级。但代价是:协程必须主动让出控制权——遇到 read()sleep() 这类阻塞调用时,整个线程(及其上所有协程)都会卡住。所以真实项目里,协程必须配合非阻塞 IO 和事件循环(如 epoll)使用。

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  • Go 程序中 runtime.GOMAXPROCS(1) 强制单 OS 线程,仍可跑百万 goroutine,因为调度在用户态完成
  • Python 的 asyncio.sleep(1) 是协程安全的,但 time.sleep(1) 是同步阻塞,会冻结整个 event loop
  • 不要在协程里调用未适配异步的 C 扩展(比如某些数据库驱动),它可能内部用了 read() 阻塞,直接拖垮所有协程

选哪个?看瓶颈在哪儿

不是越“轻量”越好。CPU 密集型任务(如图像编码、科学计算)用多进程能真正并行利用多核;IO 密集型且连接数极高(如网关、爬虫)才适合协程;而混合型任务(如 Web 服务器既要解析 JSON 又要查 DB)常采用“进程+线程+协程”分层:用多进程抗崩溃,每进程内用线程池跑 CPU 工作,再用协程处理海量网络请求。关键在于——别让调度器成为瓶颈,也别让错误传播范围失控。

最容易被忽略的是信号处理:Linux 信号默认作用于整个进程,不是某个线程或协程。你给一个线程发 SIGUSR1,实际收到的是该线程所在进程里任意一个未屏蔽该信号的线程。协程更麻烦——它连信号掩码都得靠运行时模拟。这事一旦出错,调试起来连 gdb 都抓不住上下文。

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