操作系统

冯·诺依曼结构也称普林斯顿结构是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。

其主要内容点明了计算机制造的三个基本原则即采用二进制逻辑、程序存储执行以及计算机由五个部分组成运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。

运算器和控制器中央处理器(CPU)

这里的存储器指的是内存而不是磁盘。

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)。

CPU只与内存打交道外设(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。

在数据层面上外设只与内存打交道因此当外部由输入设备传入数据时会先将数据传到内存之中之后

CPU

对内存中的数据进行处理之后再将输出的数据加载到内存之中最后由输出设备进行输出。

为什么CPU不直接访问输入或输出设备

直接访问外设就像拿一个有短板的木桶去打水那无论其他木板有多长最终打的水的高度都不会超过那块短板所以总体的速度将会以外设为主将导致

CPU

那我们在网络中与他人交互时数据流是怎样流动的。

就拿QQ/微信举例吧当信息从聊天框发送出去之后便被加载到了内存之中经过计算之后通过显示屏输出呈现给我们并通过网卡将数据传给朋友朋友的网卡接收了网络上的数据并将其加载到了内存之中经CPU计算后在显示屏上输出如此便完成了信息的传递。

操作系统

在学校里校长是管理者而我们学生是被管理者校长只负责决策并不需要尽到执行的义务假如校长安排你转一个专业或者换一个宿舍他并不需要见到你而是对你的数据进行修改便可之后的辅导员便会协助你调整。

即管理者和被管理者是不需要直接沟通的。

并且辅导员将协助校长拿到学生的信息校长并不需要与学生直接接触而是管理学生的数据就能够实现对学生的管理。

那么校长是如何对学生进行管理的首先需要先对学生这个个体进行描述如学号、姓名、专业、班级等信息之后再以数据结构的方式将所有的学生连接在一起集中管理。

如此对全校学生的管理就转变成了对数据结构的管理了。

如此方法就称作“先描述后组织

将这个过程放到操作系统之中也同样适用操作系统就是校长硬件驱动就是辅导员、而学生就是被管理的软硬件。

即硬件驱动与硬件交互之后拿到了相关的数据转交给操作系统而操作系统做完决策之后再将新的命令传递驱动进行执行。

并通过“先描述再组织”的方式以数据结构的形式对硬件进行管理。

由此操作系统对下管理好软硬件资源对上给用户提供良好安全、稳定、高效、功能丰富等

更重要的一点是操作系统是不相信任何人的正如我们是银行的用户经常去银行存钱但银行就信任我们吗为了避免用户中有人恶意破坏而对操作系统造成伤害

所以操作系统并不是暴露自己的全部功能而是以系统调用来访问操作系统。

由于系统调用的使用成本可能较高之后在此基础上便有人进行二次的软件开发而产生了图形化界面和

shell

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。

所以以前的任何启动并运行程序的行为都是由系统将程序转化为进程后再来完成特定的任务。

我们打开任务管理器便会发现这些正在运行的可执行文件都是一个个进程。

描述进程

进程信息被放在一个叫做进程控制块的数据结构中是进程属性的集合。

通常称之为PCBprocess

control

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:

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。

其他信息从上面我们知道操作系统在管理对象时进行的都是

“先描述再组织”

连接而成的链表的管理。

正如一个学生只有被登记在学校的档案里才能称其为这个学校的学生而不是在这个学校里的人就叫作这个学校的学生。

由此只有一个可执行文件被加载到内存之中描述出其属性并能够对其做管理。

这样才算完成对进程的建模。

为了进程可以持续地进行于是我们写一个无限循环的代码作为样本进行观察。

axj

可以像C语言里面那样理解即要执行左边的命令又要执行右边的命令。

当这串命令执行之后你会发现出现了两个进程。

这是由于当我们查找进程时使用的命令也会在操作系统的处理下变成一个进程同时也包含了进程名的关键字所以在输出的时候才出现了两个进程。

但第一个才是我们程序运行所产生的进程。

这里不得不介绍一下

就相当于这个进程的身份证号码若一个进程来源于另一个进程就用父子进程来称呼彼此而

PPID

进程信息必须在进程运行之时查看由于进程结束之后系统便会删除其相关数据由此在进程停止运行时是无法查询到该进程的数据的。

杀死进程

这个方法也适用于平时不小心按到一些输入框导致无论按什么键都无法退出该状态这个时候就可以尝试按下

CTRLc

PID在另一个会话中输入该命令指定目标进程杀死便可终止该进程的进行。

PID

是一个命令处理器通常运行于文本窗口中并能执行用户直接输入的命令作为一个中间人协助我们与操作系统对话。

本质上其实也是一个进程。

那我们现在便知道我们运行的这个进程便是由

bash

创建出来的子进程那我们能否也能够自己创建一个子进程出来呢答案是当然可以。

fork

像这样修改代码之后可以观察到最后的打印出现两次说明此时为两个进程而

PID

时则说明此时的进程为子进程父进程时的返回值则是子进程的PID于是根据返回值的不同我们便可以将子进程与父进程区分开来。

当前进程的代码和数据。

若要创建一个新的进程自然还需要为其创建一个

pcb

进程在运行的时候是具有独立性的如上面产生了一对父子进程在运行之时停止其中一个另外一个进程并不会收到影响。

数据当有一个执行流尝试修改数据的时候OS会自动触发写时拷贝新开辟空间供其修改数据。

如何理解两个返回值

要对值进行返回的时候其实在函数的内部创建子进程的工作已经完成此时已经有了两个进程两个进程继续执行下面的语句执行完

fork()

之后自然都会有返回值这样在我们看来就好像有两个返回值实则我们在接收返回值时便已触发了写时拷贝看似相同的

ret

好了这次操作系统与进程的概念就到这里结束了关注博主一起学习共同进步