进程、线程、协程的资源消耗简述

一、线程切换 vs 进程切换

1. 地址空间与页表
   进程拥有独立的虚拟地址空间和页表，切换进程时需更新页表并刷新 TLB（地址转换缓存），导致内存访问速度下降。而线程共享进程的地址空间和页表，切换时无需此操作，TLB 缓存保持有效。

2. 上下文保存的内容
   • 进程切换：需保存完整的上下文，包括寄存器、程序计数器、栈指针、内存映射、文件描述符等。
   • 线程切换：仅需保存线程私有的寄存器、栈和程序计数器，共享资源（如代码段、文件）无需处理。

3. 缓存利用率
   进程切换会导致 CPU 缓存（如 L1/L2/L3）失效，需重新加载数据，降低性能。线程切换时，缓存因共享地址空间仍有效，减少了数据重载的开销。

4. 资源分配
   进程是资源分配的基本单位（如内存、文件），切换时需重新分配资源；线程共享进程资源，切换仅涉及执行流调度。

二、协程切换 vs 线程切换

协程的切换开销更小，原因在于其 用户态调度 和 轻量级设计：

1. 用户态调度
   协程切换完全由用户态代码控制，无需陷入内核态，避免了 用户态-内核态切换 的开销。而线程切换需操作系统介入，涉及模式切换和内核调度。

2. 上下文信息更少
   协程只需保存少量寄存器（如 PC、SP）和栈指针，且栈空间通常仅需 KB 级别（线程栈为 MB 级别）。例如，Go 协程的初始栈仅 2KB，而 Java 线程默认为 1MB。

3. 非阻塞与协作式调度
   协程通过主动让出（如 yield 或 await）实现协作式调度，减少抢占式调度的竞争和锁需求。线程通常依赖操作系统的抢占式调度，可能因频繁切换导致性能损耗。

4. 内存与并发效率
   单线程可运行数万协程（如 Go 的 Goroutine），而同等数量线程会因内存和调度开销过大而崩溃。协程的轻量级特性尤其适合高并发 I/O 密集型任务。

线程通过共享资源减少开销，协程通过用户态轻量级调度进一步优化，两者均通过减少内核参与和资源复用来提升性能>。