操作系统-课堂笔记-进程概述（南航）

进程概述

1.引言

首先引入问题，进程是怎么产生的，为什么需要进程？

1. 我们先回到古老的裸机编程时代，即没有操作系统的时代，我们写的代码（汇编）直接跑在硬件之上。
2. 裸机编程自由度很大，即内存可以供我们随意使用
3. 自由使用内存带来一个问题：CPU可能会混淆数据与指令，如果产生混淆会产生无法预料的结果
4. 自由使用内存带来的另外一个问题：我们的程序可以修改自身，比如修改内存中某一位置的数据，那么可能就将自身代码改变了。
5. 事实上，Linux内核引导程序部分频繁涉及了修改自身代码。

引入了以上问题以后，我们开始学习进程，进程可以帮助我们解决上述问题。学习过程中注意体会进程是如何帮我们解决上述问题的。

2.进程的概念

1. 进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，也可以理解成其是对内存的抽象。
2. 我们从其定义可以看出，其存在的目的是为了管理资源。想想我们引言中提出的问题，上述问题是不是和资源管理有关联？
3. 那么我们再思考一个问题，所谓分配资源是分配的哪里的资源？再看看引言中的问题，上述问题是因为内存访问引起的，所以进程涉及的资源分配和管理大多都是针对内存的。
4. 那么有了进程的概念以后，内存是怎么管理的呢？带着这个问题继续看。

2.1进程的内存抽象

先看一个比较熟悉的结构：

• 所谓进程为内存提供了一层抽象，其实就是上述结构，将内存严格划分成各个段。
• 想想划分成各个段以后，怎么解决我们引言中提到的CPU混淆数据和指令的问题？
• 根据之前的基础应该能将一些知识串起来：CPU执行的时候在代码段取指令，划分了数据段和代码段CPU就不会混淆数据和指令了，然后再分别对各个段做限制，比如限定代码段是只读的，那么程序就不能修改自身代码了。

各个段的含义：

• 代码段text：存放代码（指令）
• 数据段data：存放全局变量，静态变量
• 堆heap：new,malloc时从堆中申请空间
• 栈stack：存放局部变量，子函数返回地址

课外充电站

Linux0.11（1991年）版本内核只能管理16M内存，其中0-1M是内核使用的，然后还要划分缓冲区，虚拟盘，其余才是用户使用

在Linux内核源码中，前几个程序（bootsect.s, setup.s, head.s）是用汇编写的，频繁涉及改动自身代码（移动自身代码的位置）

考题补充：

int a;
void main(){
	int x;
	x=f(1,2);
	printf("%d",x);
}

int f(int b, int c){
	static int d;
	d+=b*c;
	return d;
}

提问：

1. int a 存在哪个段？ — 数据段data
2. int x,b,c 存在哪个段？ — 栈stack
3. static int d; 存在哪个段? — 数据段data
4. 这些代码存在哪个段? — 代码段text

2.2分段保护

2.2.1例一

引言中提到，裸机编程中 我们可以用代码修改我们的代码，那么我们在Win10上试试能不能修改自身代码呢？
复制下面代码到devc++中（任何包含C编译器的开发环境均可）

#include<stdio.h>
void f() {
	int i=3;
}

int main() {
	//函数名f不仅仅是函数名，还是函数的入口地址 
	*(int*)f=9;
	printf("after modify");
	return 0;
}

先讲解下程序的含义：f可不仅仅是函数名，它是函数的入口地址，那么*(地址)=xxx就将某个地址的内容修改了。
运行结果：