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1. 冯诺依曼体系结构
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(设备):包括键盘, 鼠标,扫描仪, 写板,磁盘,摄像头,话筒,网卡等
- 中央处理器(CPU):含有运算器(算术运算,逻辑运算)和控制器(CPU是可以响应外部事件的,协调外部就绪事件,例如拷贝数据到内存)等
- 输出单元(设备):显示器,打印机,音响,磁盘,网卡等
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
- CPU读取数据(数据+代码)都是要从内存中读取的。站在数据的角度,我们认为CPU不和外设直接交互
- CPU要处理数据,需要先将外设中的数据加载到内存。站在数据的角度,外设直接和内存打交道
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
2.3 如何理解 “管理”
管理是对被管理对象的数据管理
管理理念:先描述,再组织
例如:先对被管理对象进行描述,再根据描述类型,定义对象,可以把对象组织成数组——>对学生的管理工作就变成了对数组的增删查改
Linux内核是用C语言写的struct
OS:内部,一定存在大量的数据结构和算法
2.4 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
2.5 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。
3. 进程
我们自己启动一个软件,本质其实就是启动了一个进程
在linux下,运行一条命令,其实就是在系统层面创建了一个进程
linux是可以同时加载多个程序的,linux是肯同时存在大量的进程在系统中(OS,内存)所以必须管理进程
先描述,再组织
进程 = 对应的代码和数据 + 进程对应的PCB结构体
3.1 描述进程-PCB
PCB process control block
本质是一个结构体struct
不同的操作系统中,PCB的名字不一样
Linux:struct task_struct
.exe可执行程序其实本质就是文件:代码+数据
人认识世界,是通过属性来认识的
属性也是数据
文件 = 内容+属性
PCB包含了所有进程属性(struct)
对进程的管理,变成了对进程PCB结构图链表的增删查改
PCB是新增的
3.2 task_ 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
3.3 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。
3.4 查看进程
ps
ps axj
ps axj | greap ‘myproc’
ps axj | head -1 && ps axj | greap ‘myproc’
top
ls /proc 里面的文件是动态的
cwd是当前进程的工作目录,一般都是默认打开当前路径
3.5 杀掉进程
kill -9 id
4. 通过系统调用获取进程标示符
- 进程id(PID)
- 父进程id(PPID)永远都是bash
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
while(1)
{
pid_t id = getpid();//获取的是自己的进程PID