linux-进程（1）

1.冯诺依曼体系结构

在讲解进程之前，要先知道什么是冯诺伊曼体系结构。冯诺依曼体系结构是如今最主流的体系结构，所有的硬件可以分为5大单元，单元之间存在交互。

运算器和控制器就是cpu，运算器就是帮助计算机做运算的，控制器就是控制硬件之间的交互。

输入设备最常见的就是键盘，话筒，鼠标.....

输出设备最常见的就是声卡，显示屏，磁盘......

当然有些设备既做输入，也做输出.......

存储器指的就是内存，内存有个特点就是掉电易失，就是说没电了数据容易丢失。

但是磁盘就是永久性存储介质，即使没电数据也会在，是个输入或者输出设备。

关于冯诺依曼，必须强调几点：

这里的存储器指的是内存。 不考虑缓存情况，这里的CPU能且只能对内存进行读写，不能访问外设(输入或输出设备)外设(输入或输出设备)要输入或者输出数据，也只能写入内存或者从内存中读取。 一句话，所有设备都只能直接和内存打交道。 各个设备之间是独立的，但是通过电路，各个设备又是连接起来的，目的是为了设备之间的数据流动。

数据的流动就是从这个设备拷贝到另外一个设备，那么拷贝的速度快慢就决定了计算机效率的快慢。

 那么输入设备和输出设备之间存在一个cpu来快速计算不就可以了吗？为什么要使用存储器来减慢速度呢？因为存储器的造价，效率，单体容量都是适中的的。而输入和输出设备的速度太慢了，如果直接将数据交给cpu的话，又太快了，那么数据一交给cpu，cpu一下子就计算完成了，那么整体的效率也就变慢了。那么此时存储器就很重要了，可以调和这个效率，输入设备将数据给存储器，存储器将数据交给cpu计算，然后将计算好的数据返回给存储器，再由存储器交给输出设备。

那么这样做的话不就是增加了拷贝数据的次数吗？怎么会变得更快呢？那么在cpu计算数据1的时候，数据2已经通过输入设备加载到了存储器，这就是预加载，在cpu计算数据2的时候，数据1已经被存放在了存储器，输出设备需要的时候就直接从存储器拿，这就是缓存，通过预加载和缓存就能提高计算机的效率。

正是因为冯诺依曼这种体系结构引入了内存，将效率问题转化成了软件问题，使得内存快慢决定计算机的快慢，让大家能使用效率不错i的计算机。

2.操作系统（Operator System）

2.1概念

任何计算机系统都包含一个基本的程序集合，称为操作系统(OS)。笼统的理解，操作系统包括：

内核（进程管理，内存管理，文件管理，驱动管理） 其他程序（例如函数库， shell程序等等）

2.2设计OS的目的

与硬件交互，管理所有的软硬件资源 为用户程序（应用程序）提供一个良好的执行环境

os是怎么管理硬件的呢？每一款硬件设备都有对应的厂商，每家厂商都会为硬件设计软件，也就是驱动程序来管理硬件，所以os只需要管理硬件对应的驱动程序就行了。  

管理硬件资源是手段，为的是为用户提供良好的执行环境，那么用户想要使用硬件设备的时候，就直接去访问os吗？不是的，os内有大量的数据，如果给用户直接访问的话，就不安全，所以用户需要使用系统调用的接口来调用os，防止用户直接访问os，提高了安全性。

scanf和printf都使用了硬件设备，那么这两个函数的底层一定封装了系统调用，只有这样才能通过系统调用来使用硬件设备，用户不能直接跳过系统调用接口来调用os，也不能跳过os来使用硬件设备。

2.3定位

 在整个计算机软硬件架构中，操作系统的定位是： 一款纯正的“搞管理”的软件.

2.4总结

计算机管理硬件

1. 描述起来，用struct结构体 2. 组织起来，用链表或其他高效的数据结构

3.系统调用和库函数概念

在开发角度，操作系统对外会表现为一个整体，但是会暴露自己的部分接口，供上层开发使用，这部分由操作系统提供的接口，叫做系统调用。

系统调用在使用上，功能比较基础，对用户的要求相对也比较高，所以，有心的开发者可以对部分系统调用进行适度封装，从而形成库，有了库，就很有利于更上层用户或者开发者进行二次开发。

4.进程

4.1基本概念

课本概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序等 内核观点：担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体。

我们平时写的程序会存放在哪里呢？大家都知道程序是二进制文件，那么就存放在磁盘中， 磁盘就是硬件设备。那么当我们运行起来这个文件，根据冯诺依曼体系结构，这个文件会先加载到内存中，然后再被cpu进行计算。 

我们在使用计算机的时候，可以同时启动很多个程序，那么就代表着内存中可以加载很多个文件，那么os就需要对这些加载到内存的文件进行管理，那么os怎么进行管理呢？先描述，在组织。

4.2描述进程-PCB

进程信息被放在一个叫做进程控制块的数据结构中，可以理解为进程属性的集合。 课本上称之为PCB（process control block）， Linux操作系统下的PCB是: task_struct

4.2.1task_struct-PCB的一种

在Linux中描述进程的结构体叫做task_struct。 task_struct是Linux内核的一种数据结构，它会被装载到RAM(内存)里并且包含着进程的信息

4.2.2task_ struct内容分类 

标示符: 描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。 状态: 任务状态，退出代码，退出信号等。 优先级: 相对于其他进程的优先级。 程序计数器: 程序中即将被执行的下一条指令的地址。 内存指针: 包括程序代码和进程相关数据的指针，还有和其他进程共享的内存块的指针 上下文数据: 进程执行时处理器的寄存器中的数据[休学例子，要加图CPU，寄存器]。 I／ O状态信息: 包括显示的I/O请求,分配给进程的I／ O设备和被进程使用的文件列表。 记账信息: 可能包括处理器时间总和，使用的时钟数总和，时间限制，记账号等。 其他信息

那么有了PCB之后os就认识了这些程序，因为PCB描述了这些程序的属性。那么os管理进程就变成了管理PCB的链表。

4.3组织进程

可以在内核源代码里找到它。所有运行在系统里的进程都以task_struct链表的形式存在内核里。

4.4查看进程

进程的信息可以通过 /proc 系统文件夹查看

如：要获取PID为1的进程信息，你需要查看 /proc/1 这个文件夹

大多数进程信息同样可以使用top和ps这些用户级工具来获取

当我编译下面这段代码生成可执行程序时，再将它运行起来，就有了一个进程，那么我们怎么知道有一个进程了呢？

使用下面这段指令，就能查到这个可执行程序对应的进程，第二行就是对应的进程。

那么第三行是什么呢？grep这个指令执行起来后也会变成一个进程，所以第三行是grep这个指令执行后所产生的进程。所以可以得出一个结论：几乎所有独立的指令，都是一个程序，执行后都会变成进程！

 需要注意的是进程是有生命的，如果进程结束了就查不到了，所以我们可以使用do-while的指令查看到进程从开始到结束的全过程。

 今天的分享到这里就结束了，感谢大家的阅读！