操作系统的进程_西曼体系-优快云博客

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何为操作系统:

冯诺依曼体系结构 : 描述了一台计算机是如何构成的. (99%的计算机都是冯诺依曼结构) => 硬件的特点会对软件开发造成直接影响

冯诺西曼体系结构是由冯诺依曼提出的,他也被称为计算机领域的祖师爷(计算机之父),他本来是个数学家,也是个物理学家,也是个化学家,还参与过曼哈顿计划.
冯诺依曼在火车上遇到了一个普林斯顿大学的研究员,当时这个研究员正在研究用来计算弹道导弹轨迹的机器,可是遇到了难题,于是冯诺依曼说可以让他去看看,他就去了,就为冯诺依曼体系奠定了基础

图灵奠定了计算机工作原理的理论基础

1. 冯诺依曼体系结构描述了一台计算机应该是包括这几部分:

CPU中央处理器(计算机的大脑),进行算术运算和逻辑判断

过去几十年,CPU的发展速度是非常迅猛的,这也验证了"摩尔定律":18个月,芯片集成程度提高一倍,成本降低一半(指数提升)
这个摩尔是Intel的副总裁,联合创始人之一)

但是最近几年摩尔定律失效,因为CPU集成程度更高,就需要让单个元件尽量小,现在最强的是7nm级别,这样的空间尺度上,经典物理学已经接近失效,主要靠量子力学,在解决这个问题的办法是人海战术,一个CPU不能更快了就多搞几个CPU,多核CPU

    GPU是一种特殊的CPU,专门针对一些特定的场景进行优化运算(矩阵运算)

存储器 一般分成两类
1. 内存
  写的代码主要都是在内存中,new出来的对象就是在内存上申请空间
2. 外存(磁盘)
  内存和外存的对比:
  1. 内存的存储空间较小,外存的存储空间较小
  2. 内存的访问速度较快(ns级别纳秒 ),外存的访问速度较慢(us 微秒),大概查了三四个数量级
  3. 内存的成本较高,外存的成本较低
  4. 内存如果断点了,数据就丢失了,而外存如果断电了,数据不丢失 (外存支持持久化)
输入设备
键盘/鼠标/摄像头/麦克风… 和内存打交道
输出设备
显示器/打印机/音响…
有些设备算输入设备也是输出设备 (触摸屏)

2. 操作系统

操作系统内核是一个软件. 搞管理的软件.一方面是管理计算机的硬件设备. 另一方面管理计算机的软件资源

一个完整的操作系统 = 内核 + 配套的应用程序

在屏幕中输出"HelloWorld"
代码真正执行起来的时候,println会进入到依赖库的代码中
本质上需要操作显示器这个硬件设备来完成
println就会通过响应的系统调用进入到内核中来执行代码
这个内核中的代码再执行"让显示器输出"这样的动作
内核调用显卡驱动程序,由驱动程序由驱动程序来具体操作显示器
每一个硬件都有对应的驱动程序

那么操作系统具体如何管理的呢?

管理的核心工作是两件事:

描述相当于知道有什么
组织然后要做什么

3. 进程(Process)

进程是一种操作系统中非常重要的软件资源.
把一个可执行程序跑起来.系统中就会创建一个对应的进程.
如果这个程序执行结束了,系统就会随之销毁对应的进程.
进程就可以看成是一个程序的执行"活动"
系统进行资源分配和调度的基本单位

区分程序(可执行文件)和进程

.exe就是可执行文件就是一个磁盘上的文件,静态的,如果不使用,就不会发生变化

任务管理器中的QQ,就是一个进程,当双击exe文件时,操作系统就会加载这个可执行文件,把exe文件中的很多内容都加载到内存中了,分配一些资源,并开始执行这个可执行程序包含的指令. (分配资源并执行的过程就是进程)
进程也可以认为是操作系统进行资源分配的最小单位.
PID
PID 就是进程id 也就是进程的身份标识符
先双击QQ,得到一个进程id p1
关闭QQ,再次打开,又得到一个进程id p2

进程管理(重点,难点)

以Linux为例
描述:内核中使用一个task_struct / PCB (进程控制块) 结构体来描述进程 (C语言)

每创建一个进程,就同时创建一个PCB这样的类的实例.
组织:使用双向链表把所有的PCB对象串到一起

管理的核心工作是两件事:

描述相当于知道有什么
组织然后要做什么

双击一个exe,创建一个进程的时候,本质上就是在内核中,先创建了一个PCB对象然后把这个对象加入到链表中

关闭一个程序,结束一个进程的时候,本质上就是在内核中找到这个对应的PCB对象,然后从链表上删掉,并且释放掉该对象

通过任务管理器查看到的所有的进程信息,本质上就是在遍历内核中的这个链表,一次读取对应PCB中的节点信息

PCB里面包含哪些信息呢?

pid(进程id) 进程的身份标识.
一组内存指针,指向该进程持有的一些重要数据在内存中(系统给该进程分配的资源的一部分)的位置.

重要数据:
1. 执行的指令都有啥
2. 这些指令依赖的数据是啥
状态
相当于一张日程表,为了区分当前的进程是正在执行还是等待执行

一个进程的状态有这些状态:
R:就绪状态.正在CPU上执行,或者即将执行
S:睡眠状态,这些进程没法再CPU上执行,而是在等待.
D:深度睡眠状态.进程在长时间的忙于IO操作,没精力理会CPU
X:退出状态.进程已经被销毁了
优先级
根据系统的情况,分优先级执行进程
进程的记账信息
记录做了什么,不要让某个进程一直霸占CPU,差不多就行了
进程的上下文
进程上下文实际上是进程执行活动全过程的静态描述,提前规划好做什么