?????作者： @情話0.0
??專欄：《Linux從入門到放棄》
??個(gè)人簡介：一名雙非編程菜鳥，在這里分享自己的編程學(xué)習(xí)筆記，歡迎大家的指正與點(diǎn)贊，謝謝！

前言

??在學(xué)習(xí)linux的過程中，有一個(gè)特別重要的知識點(diǎn)就是關(guān)于進(jìn)程的學(xué)習(xí)，那么在學(xué)習(xí)進(jìn)程之前，首先對硬件做一些了解，然后再學(xué)習(xí)軟件，在軟硬件都學(xué)完之后再取去了解進(jìn)程的概念。

一、馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)

??我們常見的計(jì)算機(jī)，如筆記本；或者我們不常見的計(jì)算機(jī)，如服務(wù)器，大部分都遵守馮諾依曼體系。

1.1 馮諾依曼體系組成部分

1. 輸入設(shè)備：計(jì)算機(jī)是對數(shù)據(jù)做處理的，那么前提條件就是要先將數(shù)據(jù)給到計(jì)算機(jī)，就要通過輸入設(shè)備來完成這個(gè)操作，而輸入設(shè)備一般指的是鍵盤、鼠標(biāo)、話筒、攝像頭、網(wǎng)卡、磁盤等。
2. 輸出設(shè)備：計(jì)算機(jī)本質(zhì)是給人提供服務(wù)的，在將數(shù)據(jù)計(jì)算完畢之后要將結(jié)果呈現(xiàn)給用戶，這就需要通過輸出設(shè)備來呈現(xiàn)給用戶，輸出設(shè)備一般指的是顯示器、磁盤、網(wǎng)卡、聲卡、音響等。

輸入設(shè)備和輸出設(shè)備統(tǒng)稱為外圍設(shè)備，簡稱外設(shè)，它們的數(shù)據(jù)處理速度相對于內(nèi)存來說是慢一點(diǎn)的，而CPU是整個(gè)結(jié)構(gòu)中速度最快的。

3. 存儲器：也成為內(nèi)存，輸入設(shè)備先將數(shù)據(jù)給到內(nèi)存，然后CPU再與內(nèi)存溝通拿數(shù)據(jù)。
4. CPU（中央處理器）：計(jì)算機(jī)中最核心的功能塊，完成數(shù)據(jù)的處理工作。含運(yùn)算器和寄存器等。

1.2 若內(nèi)存不存在

??我們都知道，計(jì)算機(jī)是從輸入設(shè)備處采集數(shù)據(jù)，在CPU處完成處理工作，然后再將處理結(jié)果給到輸出設(shè)備，那么我們不要這個(gè)內(nèi)存可以不，當(dāng)然可以。但是，外設(shè)的數(shù)據(jù)處理速度是特別慢的，而CPU的處理速度又特別的快，這就可以提到 “木桶原理” ，表達(dá)的意思就是這個(gè)桶能乘多少水不取決于最長的木板長度，而是最短的木板長度。也就表明了整個(gè)計(jì)算機(jī)的處理效率就以外設(shè)的處理效率為主的。
??所以，這就需要內(nèi)存來起到一個(gè)中間過渡的作用，緩解 “木桶原理” 帶來的效率下降的問題。外設(shè)，內(nèi)存，CPU它們?nèi)齻€(gè)之間的數(shù)據(jù)處理速度是不一致的，有一定的差距。但是內(nèi)存有一個(gè)特點(diǎn)：可以臨時(shí)存數(shù)據(jù)，并且速度還不慢，那么就可以在CPU處理A任務(wù)的時(shí)候，將外設(shè)中關(guān)于B任務(wù)的數(shù)據(jù)搬到內(nèi)存當(dāng)中，當(dāng)A任務(wù)被處理完畢之后就可以直接從內(nèi)存當(dāng)中拿到B任務(wù)進(jìn)行處理。因?yàn)橛辛藘?nèi)存的存在，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)加載，CPU以后在進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算的時(shí)候不需要訪問外設(shè)了，直接從內(nèi)存中拿數(shù)據(jù)即可。

結(jié)論1： 在數(shù)據(jù)層面，一般CPU不和外設(shè)直接溝通而是直接只和內(nèi)存打交道。

1.3 硬件層面，單機(jī)與跨主機(jī)之間的數(shù)據(jù)流向

1.3.1 單機(jī)

??比如說：我們打開視頻APP要看電視劇，首先要將這個(gè)客戶端軟件加載到內(nèi)存中，然后這個(gè)軟件就可以被CPU執(zhí)行，然后我們就可以看到這個(gè)軟件的客戶端界面，當(dāng)點(diǎn)擊播放的時(shí)候它就從網(wǎng)絡(luò)中將關(guān)于這個(gè)視頻資源的數(shù)據(jù)先拿到內(nèi)存中，再進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，比如該視頻是收費(fèi)的，在免費(fèi)播放了五分鐘之后就強(qiáng)制關(guān)閉了，或者在10分鐘的時(shí)候加一段30s的廣告等等。最終將計(jì)算結(jié)果給到內(nèi)存然后再給到輸出設(shè)備（顯示器）。

1.3.2 跨主機(jī)

你和你的朋友微信聊天，你發(fā)送一個(gè)干啥著呢？那么整個(gè)信息是如何在體系結(jié)構(gòu)中流動(dòng)的？（不考慮網(wǎng)絡(luò)的情況，即發(fā)出去就可以收到）

1. 你通過鍵盤輸入“干啥著呢？”到內(nèi)存中，然后數(shù)據(jù)要做計(jì)算（因?yàn)閿?shù)據(jù)在發(fā)送時(shí)可不止一條或者你的數(shù)據(jù)很私密，所以要進(jìn)行加密），然后將計(jì)算之后的結(jié)果寫回到內(nèi)存中，然后再將該數(shù)據(jù)顯示到輸出設(shè)備（將數(shù)據(jù)刷新到本地的顯示器中，同時(shí)將該數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)卡中，對應(yīng)你朋友的輸入設(shè)備）
2. 同樣先從網(wǎng)卡中獲取到數(shù)據(jù)交到內(nèi)存中，在CPU拿到數(shù)據(jù)之后進(jìn)行解密操作，把數(shù)據(jù)又給到內(nèi)存，然后再將數(shù)據(jù)刷新到輸出設(shè)備中（你朋友的顯示器）

結(jié)論2： 外設(shè)只和內(nèi)存打交道（數(shù)據(jù)層面）

二、操作系統(tǒng)

2.1 概念

??操作系統(tǒng)是一款進(jìn)行軟硬件資源管理的軟件。

2.2 如何理解操作系統(tǒng)對硬件做管理

??談到管理，舉個(gè)簡單例子：比如在學(xué)校這樣的場景下，有三種角色：校長，導(dǎo)員，學(xué)生，很明顯學(xué)生是充當(dāng)被管理者的角色，而管理者是誰呢？校長還是導(dǎo)員呢？按道理來說作為一個(gè)大學(xué)生來說，四年下來基本上見不到校長的面，那么導(dǎo)員應(yīng)該是管理者，對不對呢？
??在日常生活中，我們每一個(gè)人既是決策者也是執(zhí)行者，比如：我今天中午要吃什么飯（決策），然后就去吃了（執(zhí)行）。而作為管理者，大部分工作是擁有決策的能力，而非執(zhí)行。
??那么很明顯校長是決策者，關(guān)于學(xué)校的一些指令都是校長下發(fā)的，而導(dǎo)員只是按照校長的指令行事。

2.3 決策者和執(zhí)行者的關(guān)系

注意：以下所有的場景都是在舉例。

??比如說在學(xué)校里面，一個(gè)學(xué)生基本上很難見到校長的面，但是為什么校長能把學(xué)生管理的如此之好，不管是每天在那間教室上課，在哪個(gè)宿舍睡覺，亦或是哪些學(xué)生掛科了等等。由此可以間接說明：作為管理者和被管理者，其實(shí)是不需要直接溝通的，當(dāng)然溝通也是沒什么問題的。

??管理者和被管理者沒有直接溝通，那么它們之間是如何管理的呢？
??在學(xué)校里面校長和學(xué)生不直接溝通，但是校長他能夠知道你名字是什么，電話號碼是什么，學(xué)號是多少，專業(yè)是哪個(gè)，科目已經(jīng)修了多少等等，亦或是在公司里你為這個(gè)公司這一年做了多少貢獻(xiàn)，遲到或早退了多少次，加班了多長時(shí)間等等。
??在上大學(xué)之前，你家長每天都照顧著你的一切，你早都不耐煩了，于是上了大學(xué)之后你感覺自己終于掙脫了束縛，但是假設(shè)說你家長可以知道你每天干了什么，他們就可以打電話問候你的一切，關(guān)心亦或是指責(zé)。
??其實(shí)根據(jù)上面這幾個(gè)例子就可以說明：管理的本質(zhì)——管理者對被管理者的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。

??那么管理者是如何拿到被管理者的數(shù)據(jù)呢？根據(jù)學(xué)校的例子很清晰，通過導(dǎo)員（中間人）。

??比如說，校長安排每個(gè)導(dǎo)員把自己所管理的每個(gè)學(xué)生的信息都統(tǒng)計(jì)起來發(fā)給他，因?yàn)樾ｉL要對所有人做管理，如果說要是將所有的信息都放在表格里，那就太復(fù)雜了，所以校長就按照結(jié)構(gòu)體的形式（下例）將所有學(xué)生的信息都統(tǒng)計(jì)起來，再按照鏈表的方式將每個(gè)結(jié)構(gòu)體對象鏈接起來。
??假設(shè)某個(gè)學(xué)生成績太差要將其退學(xué)，難道只讓他離校就可以了嗎？當(dāng)然不行，還得在這樣的學(xué)生鏈表中將這個(gè)學(xué)生對象剔除掉；或者學(xué)校又轉(zhuǎn)來一個(gè)學(xué)生，同樣也是在鏈表中將該學(xué)生的信息形成一個(gè)結(jié)構(gòu)體對象并添在其中，總之來說，校長要對學(xué)生做管理，都是在該鏈表上操作。

struct stu
{
	姓名,
	年齡,
	專業(yè),
	成績,
	電話,
	struct stu* next;
]

總結(jié)：上面舉的所有例子都是在對管理的動(dòng)作進(jìn)行建模（將具體的一些場景轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)語言）。

2.4 管理的本質(zhì)

??先描述，再組織

??那么在計(jì)算機(jī)中，校園中的三種角色對應(yīng)的是什么呢？
??校長——操作系統(tǒng)；導(dǎo)員——硬件驅(qū)動(dòng)；學(xué)生——硬件（軟件）
??硬件驅(qū)動(dòng)主要負(fù)責(zé)就是與硬件的交流溝通，拿到硬件的數(shù)據(jù)后交給操作系統(tǒng)做決策，然后在將決策后的結(jié)果交給驅(qū)動(dòng)來執(zhí)行。操作系統(tǒng)來做決策，驅(qū)動(dòng)來執(zhí)行。每一個(gè)硬件（鍵盤、鼠標(biāo)、磁盤、網(wǎng)卡）基本對應(yīng)一個(gè)硬件驅(qū)動(dòng)。

2.5 操作系統(tǒng)為什么對軟硬件做管理？

??操作系統(tǒng)對下通過管理好軟硬件資源（手段），對上給用戶提供良好（安全、高效、穩(wěn)定、功能豐富等）的執(zhí)行環(huán)境（目的）。

??操作系統(tǒng)目的是為了給用戶提供良好的服務(wù)，但是操作系統(tǒng)信任用戶嗎？

??就拿銀行的例子來講，它有著一些底層的硬件設(shè)施：電腦、服務(wù)器；桌椅板凳；金庫；員工宿舍。再往上看分別有不同的部門角色管理下面的設(shè)施。同時(shí)在銀行里有著不同的員工給用戶提供不同的服務(wù)，當(dāng)然也有行長這樣的角色。作為一個(gè)行長，他肯定要將整個(gè)銀行系統(tǒng)合理的管理起來， 他不僅要把這些員工管理好（根據(jù)表現(xiàn)獎(jiǎng)懲），而且也要管理好底層硬件設(shè)施，但是行長不可能親自去管理那些硬件，而是就通過驅(qū)動(dòng)這樣的角色去管理。
??因此，這也就說明了行長其實(shí)就是擔(dān)當(dāng)著操作系統(tǒng)這樣的角色，即管理好下層硬件設(shè)施，也管理好每一位員工。行長和員工都是人，人可以管理硬件設(shè)施，也可以管理人。而操作系統(tǒng)是軟件，它既管理軟件，同時(shí)也管理硬件。

??行長對下將員工和硬件管理的如此之好，目的就是為了對上給用戶提供良好的服務(wù)。但是，銀行它相信你嗎？

??很明顯，你是信任銀行的，要不然你不會(huì)去銀行辦業(yè)務(wù)，但是銀行是不信任你的，在現(xiàn)實(shí)生活中你要存一萬元，銀行柜員不可能給你說你怎么怎么走到了金庫把錢放到那里，然后出來填個(gè)表即可。對應(yīng)的是操作系統(tǒng)給我們提供良好的服務(wù)，并不代表這操作系統(tǒng)會(huì)相信我們，反而操作系統(tǒng)不相信任何人，害怕群眾中有壞人對自己造成傷害。就像是在銀行里給你提供服務(wù)，但是為了保證自己（銀行）的安全，它給用戶提供窗口式的服務(wù)。

??這也就說明了在計(jì)算機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)中，用戶是不可能直接進(jìn)到操作系統(tǒng)里面對操作系統(tǒng)里面的內(nèi)容數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問和修改呢？當(dāng)然不是。操作系統(tǒng)為了保護(hù)自己和給用戶提供服務(wù)，于是將自己的特定功能以接口的方式給用戶提供出來，而這些接口在操作系統(tǒng)層面被稱為系統(tǒng)調(diào)用（操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的C函數(shù)）。
??但是有時(shí)候操作系統(tǒng)調(diào)用接口使用成本特別高，因?yàn)橐恍┎僮髂闶堑枚僮飨到y(tǒng)的。就一些大佬基于這些接口做了二次軟件開發(fā)，于是就有了圖形化界面、shell和工具集、部分指令。

總結(jié)

??以上就是在學(xué)習(xí)進(jìn)程之前該了解的一些知識，主要明白操作系統(tǒng)管理的本質(zhì)，而這個(gè)本質(zhì)也是始終貫穿于Linux的整個(gè)學(xué)習(xí)。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-512890.html

到了這里，關(guān)于【Linux從入門到放棄】馮諾依曼體系機(jī)構(gòu)、操作系統(tǒng)及管理的本質(zhì)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！