【Linux操作系统】进程概念详解

秃头侠们好呀，今天来说 操作系统进程概念

冯诺依曼体系结构

我们常见的计算机，笔记本、服务器等，大多遵守冯诺依曼体系结构。

目前，我们认识的计算机都是由一个个硬件组成的。

• 输入单元：键盘、鼠标。
• 中央处理器cpu：包括运算器和控制器。
• 输出单元：显示器、打印机。
• 存储器：内存

我们不考虑缓存情况，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。所有设备都只能直接和内存打交道。

内存是体系结构的核心设备！

输入设备和输出设备的读写速度是以毫秒、秒为单位，cpu是以纳秒为单位，如果cpu直接和输入输出设备打交道，他俩的速度差别极大，cpu早都干完活了，你的东西还没送来，而内存的速度在这之间，就很好的起到了连接作用。
所以有了内存，cpu就不用再和外设打交道了！

⭐举个例子从我们登录QQ开始，给某人发送消息，到那个人接收到消息，整个过程是怎样的？

任何外设，在数据层面，基本优先和内存打交道；
cpu，在数据层面也是直接和内存打交道。

操作系统需要启动起来才有意义，就像你想发送消息，你起码得打开QQ，接收消息的人也得打开QQ。启动操作系统，就可以将软件数据与代码加载到内存中了。

总结一下：
冯诺依曼体系结构计算机的基本原理是什么？
答：存储程序+程序控制！计算机就是为了完成指定数据处理，而通过指令按指定流程完成指定功能，指令的合集就是一段程序。

操作系统OS

概念

OS是什么？
：一款专门针对软硬件资源进行管理工作的软件！

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。

简单理解，操作系统包括：
1、内核（进程管理、内存管理、文件管理、驱动管理）。
2、其他程序（函数库、shell程序等）。

为什么要有OS

通过，与硬件交互，管理所有的软硬件资源的方式，为用户程序（应用程序）提供一个稳定的、高效的、安全的良好执行环境。

OS的定位

在整个计算机软硬件架构中，操作系统的定位是：一款纯种的“搞管理”的软件！

如何理解管理

举例：
校长是管理者，学生是被管理者，老师是执行者。

校长并不和我们直接打交道，他只负责做决策，做决策要有依据，依据就是我们学生的属性信息数据，校长把决策告诉老师，让老师去执行，老师把决策告知学生。

那么站在校长的角度，怎么知道一个同学的信息呢？他肯定有这个学生的信息档案，档案上有这个学生的姓名、学号、电话、地址、事迹等等信息。
这个档案是不是就像一个结构体。
那有了一个学生的信息，全校几万学生，怎么让他们之间关联起来，是不是就像我们使用一个双向循环链表一样，将结构体结点关联起来。

所以怎么管理？
对目标的管理转换成对数据的管理，每个数据要先描述（使用一个结构体），
再组织起来每个数据对象（使用特性的数据结构）。

最后，对学生的管理工作，变成了对数据结构的增删查改！

那进程怎么管理？
同样：⭐先描述，再组织！

描述进程的结构体称为PCB（process control block）进程控制块！
为什么要有PCB？
因为管理需要先描述、再组织，而描述得用结构体，PCB就是一个结构体，来描述对象，描述进程相关属性信息！

系统调用和库函数概念

现在我们已经知道：
操作系统对下要管理好软硬件资源，对上要为用户提供良好的运行环境，为程序员也得提供各种基本功能。
那么如何提供？
答：OS是不相信任何用户的，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。但是OS提供的系统调用接口较为复杂，所以大佬对部分系统调用进行适度封装，从而形成库，有了库，就便于更上层用户或者开发者进行二次开发。

• 系统调用把应用程序的请求传输给系统内核执行
• 系统调用函数的执行过程应该在用户端
• 利用系统调用能得到OS提供的多种服务
• 系统调用是OS提供给编程人员的接口
• 系统调用给用户屏蔽了设备访问的细节
• 系统调用保护了一些只能在内核模式执行的操作指令
• read是系统调用，不是库函数，库函数是用户对系统调用接口的进一步封装

进程！

概念

课本上说：加载到内存的程序，叫做进程。
内核的观点是：担当分配系统资源（cpu时间、内存）的实体。

如果管理进程：先描述、再组织！

PCB

OS层面，PCB是进程控制块，语言层面，PCB就是个结构体。

任何进程在形成之时，OS要为该进程创建PCB（进程控制块），进程信息就放在这里面，就是进程属性的集合。它会被装载到RAM(内存)里。

Linux下的PCB是：task_struct。

为什么要有PCB前面已经说了。

ps axj | grep xxx
ps axj | head -1 && ps axj | grep xxx

看一下进程

曾经我们启动一个程序的过程，本质都是在系统上创建进程！

进程VS数据

程序是什么？
：程序就是你的.exe可执行程序文件，这个文件要加载到内存上，操作系统要创建PCB，task_struct去管理这个文件。

进程=程序（代码、数据）+相关的数据结构（PCB）！

task_struct包含了进程内部的所有属性信息！

• 程序是静态概念
• 进程是程序在处理机上一次执行的过程，是动态概念，一个程序可以作为多个进程的运行程序。
• 一个进程是一个程序对某个数据集的执行过程，是分配资源的基本单位
• 作业是用户需要计算机完成的某种任务，是要求计算机所做工作的集合，一个作业可由多个进程组成，且必须至少由一个进程组成。
• 系统感知进程的唯一实体是：进程控制块PCB