Linux操作系统基础 --进程宝典

认识冯诺依曼体系结构

冯诺依曼的的体系结构：

冯诺依曼体系结构是由5部分组成的：输入设备、输出设备、内存、运算器、控制器
其中运算器主要的功能是：算术运算、逻辑运算
运算器和控制器一般就集成在我们的CPU当中。
输入设备：键盘、网卡、硬盘、话筒、摄像头
输出设备：显示器、音响、网卡、硬盘

理解：
硬件角度上、数据层面上，cpu只和内存交互。输入设备无法直接联系到cpu计算，cpu无法直接给显示器输出运算结果
为什么？因为cpu的计算能力是很快的，而我们输入与cpu相比是非常慢的。那整体速度却是我们输入和输出来决定的，
我们的数据要进行处理，必须要从外设预装载到内存中，cpu需要直接和内存进行交互。这时候cpu要你的一行代码，那我直接给内存预装载100行，cpu就会从第一行开始从头往后读取数据，因为这里用了统计学上的局部性原理：从统计学角度，代码执行的时候，按顺序从上到下执行的改率是90%左右，也就是说，cpu要执行100行，那么瞬间要执行101行的概率非常的大，所以预装载的时候，把附近的代码全部进行了预加载在内存上。代码的命中率非常之高。
这些操作都是由操作系统完成的。
一个程序要执行，必须提前加载到内存中，为社么呢？CPU所需要的数据和代码必须要从内存中拿，所以一并采用了预装原理，可执行程序的本质就是一个存在在硬盘中的文件，硬盘就是一个外设，无法和cpu直接进行数据交互，cpu运行程序的前提就是要硬盘先把数据加载到内存中。这样有很大的成本优势和效率优势。
成本优势：最少的成本，最高的性能。

数据是如何读取到内存中的？

寄存器不仅仅存在于CPU中，任何一个外设都会有寄存器
输入：我们按键盘，数据存到键盘的寄存器中，进而写到内存的寄存器中，内存根据电路功能，把数据写到内存中
读取数据：从内存读取到cpu寄存器，然后处理、返回到内存，再从内存中输出到输出设备的寄存器中。
各个硬件单元进行交互的时候都是传递的电脉冲信号，通道叫做总线。
总线：
外设和内存的总线：IO总线
内存和CPU的总线：系统总线

以上谈到的都是数据的传输，除了数据的传输，还有硬件控制信号的传输。

我们上文提到，外设不可以和cpu进行直接通讯，指的是再数据层面。
外设是可以和cpu进行控制信号的直接通讯的，，比如常见的中断信号等
理解：
我们通过键盘输入一个数据，cpu如何知道，有数据传来了要计算了？
我们的外设通过电信号的方式给cpu发信号，之后cpu控制硬件，使内存接收数据。

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简单了解了之后，我们来进行一下模拟更加复杂的场景

我们发送文件的过程：
你用键盘发一个信息，存在键盘寄存器中，并给cpu发送控制信号。cpu使内存接收键盘寄存器中的数据，存在内存的寄存器中。
cpu接收到内存中的数据进行计算，打包程序等处理，之后返还给内存结果，内存把结果给显示器和网卡的寄存器中，然后通过刷新再显示器上，网卡通过网络把信息发送给朋友的网卡。网卡得到信息并给cpu发信号，cpu控制内存接收数据，并接收内存的数据进行处理解析。然后返还给内存，内存把数据写给显示器的内存中，并等待刷新显示。

操作系统(OS)的概念

上文提到很多硬件，我们还需要有软件，我们进入我们的主题：操作系统 。操作系统就是用来管理我们硬件的软件。
os需要向各个硬件发送指令，并控制他们。
当然os不会自己进行操作，那样成本太高了，试想一下，100个键盘需要100种操作系统吗？所以再os和硬件之间还有一套软件层，驱动，它才真正进行控制底层硬件。
当然了，驱动一般是由硬件厂商提供的，也有可能是操作系统的开发方。当我们使用新鼠标，他应该会进行驱动的安装吧，他家都见过。
驱动的作用除了让os更好更方便的控制硬件，还可以让os和硬件解耦，让他们失去直接的关系，操作系统要操作硬件必须从驱动中穿过，这样既保证了操作系统的安全又保证了硬件的安全。

当然了，咱我们的操作系统和用户层之间也需要解耦，不然用户随意改动操作系统，那遇到高手还好，起码不会崩溃，遇到菜鸡这系统直接凉了。所以操作系统只给了一些安全的常用的接口给用户使用，这就是在os和用户层之间的：系统调用接口。
linux就是用c语言写的，所谓的系统调用接口，其实就是c的一个一个函数。但是这些系统调用接口的使用成本还是很大的，你得对操作系统有很深的理解才能去更好的玩弄系统调用函数，所以我们使用的更多的其实是一个一个的库，比如print的libc库等等。
库其实就是封装了系统调用接口。
封装工作是库的开发者做的，也就是语言的发明者。
最后才有了我们使用的printf和scanf这样基于库和系统调用接口的库函数。我们可以用这些函数接口去写helloworld。
当然还有很多的命令行，也都是对于系统调用接口的封装。
我们通过上文的理解可以得出：
操作系统是一款软件：进行软硬件资源管理的软件

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概念

操作系统由两大块组成：

• 内核：驱动管理、内存管理、文件管理、进程管理
• 其他程序：函数库、shell等等

操作系统存在的目的

• 对下：与硬件进行交互。管理硬件软件资源。
  试想一下，如果你换一个硬件，就要有新的os来操作它，这很明显不是有给好的设计方案。
  正确操作方案：软硬件解耦，通过驱动层去交互。

• 对上：为用户提供良好的使用环境。因为我们不擅长与硬件打交道。操作系统最终的目的就是让用户使用，给用户提供稳定和安全的执行环境。

管理

我们需要深刻的理解什么是管理
管理者通常是做什么事情的？
管理者通常管理的是数据信息资源，比如通过学生的成绩信息，选择优秀者。
那么这些信息是如何得来的？
一般通过执行者的反馈。管理者下达指令，并通过执行者对信息的反馈，来完善或者改变决策。比如虽然我们选了年级前十，获得国家奖学金。但是在观察阶段，辅导员发现一名学生生活作风完全不合格，那么辅导员会把信息反馈给管理者。管理者则通过此信息，取消该生资格。
那么管理者依靠什么做这样的决策呢？难道就是因为它官大权力大吗？他说我就想开除一个学生，他不尊重我。怎么可能是这样，管理者开除一名学生，依靠的是学校出台的相关文件，某生触犯了哪一条，才进行这样的决策。
当管理者需要管理很多的信息的时候，那就一定要进行信息的描述与组织，也就是信息的分类。这样我们把所有成绩放在一起，把所有的综合评分放在一起，把所有的健康信息放在一起，这样才更方便管理者进行数据的管理。
讲了这么一大堆，那我们来告诉大家：