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前言
一、冯诺依曼体系结构
二、操作系统
- 1.操作系统的概念
- 2.操作系统的目的
- 3.操作系统的定位
- 4.如何理解管理
- 5.操作系统总结
- 6.系统调用和库函数概念
三、进程管理
- 1.基本概念
- 2.描述进程-PCB
- - 1.task_struct-PCB的一种
  - 2.task_ struct内容分类
- 3.组织进程
- 4.查看进程
- 5.通过系统调用获取进程标示符
- 6.通过系统调用创建进程-fork初识
- 7.进程状态
- - 1.Linux内核源代码
  - 2.Linux状态解读
- 8.进程状态查看
- 9.进程状态转换
总结

前言

一、冯诺依曼体系结构

我们常见的计算机，如笔记本。我们不常见的计算机，如服务器，大部分都遵守冯诺依曼体系。

冯诺依曼的两个重要思想

截至目前，我们所认识的计算机，都是有一个个的硬件组件组成

输入单元：包括键盘, 鼠标，扫描仪, 写字板等
中央处理器(CPU)：含有运算器和控制器等
输出单元：显示器，打印机等
既是输入单元也是输出单元网卡等

关于冯诺依曼，必须强调几点：
5. 这里的存储器指的是内存。
6. 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)。
7. 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。
8. 一句话，所有设备都只能直接和内存打交道。

[在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210609164233906.png]

对冯诺依曼的理解，不能停留在概念上，要深入到对软件数据流理解上。请解释，从你登录上qq开始和某位朋友聊天开始，数据的流动过程。 从你打开窗口，开始给他发消息，到他的到消息之后的数据流动过程。如果是在qq上发送文件呢？

二、操作系统

1.操作系统的概念

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）。

总结：操作系统=操作系统内核+一堆应用。

2.操作系统的目的

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。

总结：操作系统对上，给用户一个稳定高效的环境，对下管理好软硬件资源。

3.操作系统的定位

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。

4.如何理解管理

管理的例子

2. 描述被管理对象

3. 组织被管理对象。

用户部分：自主开发，指令，yum。
用户操作接口部分：库函数，把系统调用的函数再次封装了一遍，提供出来的函数。
system call部分：操作系统为程序员提供的接口。
操作系统部分：内存管理，进程管理，文件管理，驱动管理。
驱动程序：网卡驱动，硬盘驱动，其他驱动，有多少种硬件就对应对少驱动。
硬件部分：网卡，硬盘，其他。

5.操作系统总结

计算机管理硬件

描述起来，用struct结构体。
组织起来，用链表或其他高效的数据结构。

6.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。

三、进程管理

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。
代码如下：

区分程序和进程:

程序:程序本质就是一个文件，是静态的，存储在磁盘当中。
进程:程序运行起来之后，就叫做进程，静态是动态的，由操作系统管理。

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。

1.task_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。

数据结构叫做双向链表。

2.task_ struct内容分类

进程标示符: 描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。
进程PID：在当前操作系统当中唯一标识一个进程。
ps aux:可以查看当前操作系统中当中的所有进程信息。

进程状态: 任务状态，退出代码，退出信号等。
进程优先级: 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。
程序计数器和上下文数据。

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.查看进程

进程的信息可以通过 /proc 系统文件夹查看。
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。

代码如下：

     1   #include<stdio.h>2    #include<unistd.h>3   int main()4 {5      while(1)6       {7          printf("Hello process1\n");8          sleep(1);9      }10     return 0;11 }

5.通过系统调用获取进程标示符

代码如下：

     1   #include<stdio.h>2    #include<unistd.h>3   int main()4 {5      printf("pid:%d\n",getpid());6     printf("ppid:%d\n",getppid());7       return 0;8  }

6.通过系统调用创建进程-fork初识

父子进程代码共享，数据各自开辟空间，私有一份（采用写时拷贝）。

代码如下：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main()
{fork();printf("hello:pid:%d,ppid:%d",getpid(),getppid());printf("\n");return 0;
}

父进程先运行还是子进程先运行？
子进程创建出来后，代码从哪里开始运行？(重点)
运行 man fork 认识fork。
如何理解进程创建？
fork有为啥两个返回值，一个父进程返回子进程的PID，字进程返回0。

代码如下：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main()
{int ret=fork(); if(ret<0){printf("fork error!\n");}else if(ret==0){printf("child ret:%d\n",ret);}else{printf("parent ret:%d\n",ret);}return 0;
}

7 . 我们发现子进程的PPID是父进程的PID，而父进程的PPID是bash，所以bash是所有进程的父进程。

代码如下：

     1   #include<stdio.h>2    #include<unistd.h>3   int main()4 {5      int ret=fork();6       if(ret<0)7       {8          printf("fork error!\n");9     }10     else if(ret==0)11     {12         printf("i am child:%d ret=%d\n",getpid(),ret);13     }14     else15      {16         printf("i am parent:%d ret=%d\n",getppid(),ret);17       }18     return 0;19 }

这里的子进程的父进程是1号进程不是2594进程是因为子进程在打印的时候，原先的父进程已经退出了所以子进程被1号进程所领养了。

7.进程状态

1.Linux内核源代码

为了弄明白正在运行的进程是什么意思，我们需要知道进程的不同状态。一个进程可以有几个状态（在Linux内核里，进程有时候也叫做任务）。

下面的状态在kernel源代码里定义：

代码如下：

/*
* The task state array is a strange "bitmap" of
* reasons to sleep. Thus "running" is zero, and
* you can test for combinations of others with
* simple bit tests.
*/
static const char * const task_state_array[] = {"R (running)", /* 0 */
"S (sleeping)", /* 1 */
"D (disk sleep)", /* 2 */
"T (stopped)", /* 4 */
"t (tracing stop)", /* 8 */
"X (dead)", /* 16 */
"Z (zombie)", /* 32 */
};

2.Linux状态解读

R运行状态（running） : 并不意味着进程一定在运行中，它表明进程要么是在运行中要么在运行队列里。

有时候当我们真正运行一个程序，这个进程明明还在运行，但是我们查看进程状态信息时进程处于S+睡眠状态这是为什么呢？

原因是这个程序代码中cpu访问内存的效率太高，但是IO设备访问内存的效率太低，导致cpu一直在等待IO设备，所以我们查看进程状态信息是S+状态。
代码如下：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main()
{while(1){sleep(1);printf("Hello Linux!\n");}return 0;
}

我们只要去除IO输出语句那么程序就一直处于死循环，那么进程就是运行状态了。

代码如下：

#include<stdio.h>
int main()
{while(1);return 0;
}

S睡眠状态（sleeping): 意味着进程在等待事件完成（这里的睡眠有时候也叫做可中断睡眠（interruptible sleep)）。
如果进程要硬盘寻找数据，但又由于速度太慢，导致进程进入休眠等待状态。
而在进程D被内存杀掉，就会导致深度休眠成为D状态。
D磁盘休眠状态（Disk sleep）有时候也叫不可中断睡眠状态（uninterruptible sleep），在这个状态的进程通常会等待IO的结束。
T停止状态（stopped）：可以通过发送 SIGSTOP 信号给进程来停止（T）进程。这个被暂停的进程可以通过发送 SIGCONT 信号让进程继续运行。

使用 kill -t查看Linux操作系统的信号列表

我们发现9号信号是KILL杀死进程，19号信号是STOP停止进程，18号信号是CONT进程继续。

如果我们在想要他换状态，只需kill -18 进程ID就行。

在这里我们又发现这里的S+又变成了S这又如何解释。
原因很简单，＋号代表前台进程，无＋号代表后台进程，且后台进程必须使用kill -9 进程ID才能杀死。

6 . X死亡状态（dead）：这个状态只是一个返回状态，你不会在任务列表里看到这个状态

7. t(跟踪状态)当进程被gdb调试的时候，会产生t状态。

8.进程状态查看

ps aux 可以查看操作系统中所有的进程信息。

ps axj可以查看操作系统中子进程的父进程ID。

9.进程状态转换

总结

以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了Linux进程概念的前段部分的使用，而进程提供了大量能使我们快速便捷地处理数据的函数和方法，至于进程概念会在后半部分继续讲解。希望大家多多支持！另外如果上述有任何问题，请懂哥指教，不过没关系，主要是自己能坚持，更希望有一起学习的同学可以帮我指正，但是如果可以请温柔一点跟我讲，爱与和平是永远的主题，爱各位了。

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