JavaEE初阶知识梳理

操作系统的定位：

操作系统是一个软件。操作系统是软件，硬件，用户之间交互的媒介。

对上：要给软件提供稳定的运行环境

对下：要对硬件设备进行管理

我们大家所熟知的操作系统有Windows，Linux，Mac，Android，IOS等，Android本质上也是Linux，IOS和Mac同宗同源

操作系统的结构：

1.应用程序 2.系统调用 3.操作系统内核 4.驱动程序 5.硬件设备

结构框图如下：

其中，系统调用，操作系统内核和驱动程序构成我们平时所说的操作系统。

驱动程序：厂商在开发硬件的时候会提供驱动，只有电脑装了对应的驱动，才能让系统正确识别硬件。

操作系统内核：这是操作系统的核心功能，对上对下都进行管理

系统调用：操作系统给应用程序提供的api，例如有一个程序想操作一下硬件设备，需要先经过系统调用，把操作的命令告诉给系统内核，内核再调用驱动程序，再进一步的操作硬件设备

进程：

一个跑起来的程序就是一个进程，没有运行的就不叫进程而叫做一个程序。进程是操作系统资源分配的基本单位，进程是一个重要的软件资源，是由操作系统内核负责管理。

因为进程非常多，操作系统需要通过描述+组织对多个进程进行管理。

描述主要指讲清楚进程有哪些属性和特征，主要使用PCB这样的结构体描述进程属性，PCB也被称为进程控制块。

组织是通过一定的数据结构（双向链表）把多个PCB串到一起。

创建一个进程：本质上就是创建一个PCB这样的结构体对象，把他插入到链表当中。

删除一个进程：本质上就是把链表上的PCB节点删除掉。

任务管理器查看到进程链表，本质上就是遍历这个PCB链表，我们可以通过任务管理器看见电脑正在运行的程序以及后台的进程。

PCB里有什么，描述了进程的特征：

1.pid：进程的身份标识符（唯一的数字）

2.内存指针（表明自己的内存是哪些）

3.文件描述符表（硬盘上的文件等其他资源）

4.进程调度相关的属性

进程调度的相关属性

目的：为了解决 "狼多肉少" 的问题，让大量的进程能在少数的CPU上同时运行。

1.进程的状态（主要的三个）：

1）就绪状态：随叫随到，随时准备好去CPU上执行。

2）运行状态：正在CPU上执行。

3）阻塞状态：短时间内无法响应，短时间内无法在CPU上执行。

2.进程的优先级：先给谁排，给谁排多一些。

3.上下文：记住上次到什么程度了，是否有未完成的任务。

                操作系统在进行进程切换的时候，需要把进程执行的"中间状态"记录下来保存好，下次这个进程再上CPU上运行的时候就可以恢复上次的状态。这里的上下文本质上就是存档的内容，进程的上下文就是CPU中的各个寄存器的值。

保存上下文：把这些CPU寄存器的值记录保存到内存中。

恢复上下文：把内存中的这些寄存器值恢复过去。

4.记账信息：操作系统统计每个进程在CPU上占用的时间和执行指令的数目，根据这个决定下阶段如何调度。

并行和并发

并行：微观上同一时刻，两个核心上的进程，是同时执行的。

并发：微观上同一时刻，一个核心上只能运行一个进程，但是它能够对进程快速的进行切换，所以宏观上是并行执行的。

因为并行和并发都是由操作系统内核负责处理，应用程序感知不到，因此并行和并发统称为并发，通过并发即可解决狼多肉少的问题，让很少的CPU服务多个进程。因此操作系统中有一个重要的模块调度器，负责让有限的CPU调度执行这么多进程。

进程的虚拟地址空间

目的：解决的是进程之间相互影响的问题。

内存管理

内存：物理上是内存条，可以存储很多数据，可以随机访问，访问内存上任意地址的数据，速度都极快，时间上也都差不多。

内存可以想象成一个大走廊，走廊非常长，有很多房间，每个房间大小一个Byte，每个房间还有自己的编号，从0开始累加类似于数组。这里的内存编号就是"地址"，这个地址就被认为是"物理地址"

  但如果每个进程都在分配的内存物理地址上运行，就会出现问题。如图所示，进程1在0x1000-0x1fff上，进程2在0x8000-0x8fff上，如果说进程1代码出了bug，可能导致访问内存就越界了，指针变量可能会变成0x8000，这样可能是进程1的bug却把进程2搞崩溃了。

因此为了对进程使用的内存空间进行隔离，引入了进程的虚拟地址空间。代码里不再直接使用真实的物理地址，而使用虚拟地址，由操作系统和专门的硬件设备（MMU）负责进行虚拟地址到物理地址的转换。如下图所示。

给每个进程分配一个虚拟空间，操作系统会通过MMU硬件设备把虚拟地址映射到真实的物理内存上，这时一旦进程访问越界，此时的MMU进行翻译时会认定地址越界，操作系统内核会发现当前这里的地址超出进程的访问范围了，此时就会直接向进程反馈错误，引起进程的崩溃。这样谁出了bug谁自己崩溃就不会影响到其他的进程。

进程间通信

解决了进程间相互影响的问题又会引入新的问题，有时候进程与进程之间确实需要相互通信，需要数据交互，而通过指针变量，我们无法修改另一个进程的数据，这时我们就需要在隔离性的基础上开个口子，也就是进程间通信，

这里需要一个多个进程都能访问到的公共空间，基于这个公共空间来交互数据。这个公共空间的体现形式有很多，主要是基于文件和基于网络（网卡）。