目錄

1. 先談?dòng)布?/p>

1、初步理解馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)

2、理解各個(gè)模塊之間的協(xié)作

2. 再談軟件

1、為什么要有操作系統(tǒng)

2、操作系統(tǒng)如何管理軟硬件資源

3. 再談進(jìn)程

1、什么是進(jìn)程

2、如何理解進(jìn)程

3、Linux 是如何管理進(jìn)程的

寫在最后：

1. 先談?dòng)布?/h2>

1、初步理解馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)

我現(xiàn)在認(rèn)識(shí)的計(jì)算機(jī)，都是由一個(gè)個(gè)硬件組成的，他們都遵循這這樣一個(gè)體系：

我們先來慢慢理解一下馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)：

1）存儲(chǔ)器指的是什么？

存儲(chǔ)器指的就是內(nèi)存，而我們的磁盤之類的硬件是輸入輸出設(shè)備。

2）輸入設(shè)備：鍵盤，攝像頭，話筒，磁盤，網(wǎng)卡...

3）輸出設(shè)備：顯示器，播放器硬件，磁盤，網(wǎng)卡...

輸入輸出設(shè)備也稱之為外部設(shè)備，也就是所謂的外設(shè)。

4）運(yùn)算器：對(duì)我們輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算任務(wù)（算術(shù)運(yùn)算，邏輯運(yùn)算）

5）控制器：對(duì)我們的計(jì)算硬件流程進(jìn)行一定的控制

我們把這兩個(gè)統(tǒng)稱為中央處理器，也就是 CPU 。

而這五大部件都是獨(dú)立的個(gè)體。想要他們系統(tǒng)的工作，

各個(gè)硬件單元就必須用 “線” 連接起來，我們稱這些線為總線：1. 系統(tǒng)總線，2. IO 總線 。

2、理解各個(gè)模塊之間的協(xié)作

還是這張圖：

先說結(jié)論：

先從輸入設(shè)備交到存儲(chǔ)器，中央處理器從存儲(chǔ)器中拿數(shù)據(jù)，然后在內(nèi)部做計(jì)算，然后把計(jì)算的結(jié)果再寫回存儲(chǔ)器，再將數(shù)據(jù)刷新到輸入設(shè)備中。這個(gè)是馮諾依曼體系中，數(shù)據(jù)的流向。

我們來聊一聊存儲(chǔ)：

一般來說，存儲(chǔ)容量越大，速度就會(huì)越慢。正是因?yàn)檫@樣，我們這個(gè)體系中才需要內(nèi)存作為緩沖，讓速度很慢的外設(shè)和速度很快的中央處理器能夠通過內(nèi)存更好的交互數(shù)據(jù)。

說了這么多模塊之間的協(xié)作，誰來實(shí)現(xiàn)他們的協(xié)作呢？操作系統(tǒng)。

2. 再談軟件

我們的電腦里面有著 qq，微信，瀏覽器等等，計(jì)算機(jī)怎么知道什么時(shí)候使用他們？所以我們就需要一個(gè)東西總體上將他們統(tǒng)籌起來。也就是操作系統(tǒng)，

操作系統(tǒng)是一款進(jìn)行管理的軟件，他能對(duì)硬件和軟件進(jìn)行管理。

1、為什么要有操作系統(tǒng)

整個(gè)計(jì)算機(jī)是一個(gè)層狀的結(jié)構(gòu)，來看這樣一個(gè)圖：

從下往上，先是硬件和驅(qū)動(dòng)程序，所有的硬件如果需要被軟件使用，都需要配上相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，我們可以把他們理解成直接跟硬件打交道的軟件，再往上就是操作系統(tǒng)，而我們之后需要重點(diǎn)學(xué)習(xí)的就是進(jìn)程管理和文件管理相關(guān)的內(nèi)容。

回到原來的話題，我們?yōu)槭裁葱枰胁僮飨到y(tǒng)呢？

1）操作系統(tǒng)幫助用戶，管理好這些軟硬件資源。（手段）

2）為了給用戶提供一個(gè)良好（穩(wěn)定，高效，安全）的運(yùn)行環(huán)境。（目的）

操作系統(tǒng)里面有著各種各樣的數(shù)據(jù)，但是，操作系統(tǒng)不信任所有用戶！所以操作系統(tǒng)為了保證自己數(shù)據(jù)安全，也為了保證給用戶提供服務(wù)，操作系統(tǒng)就以接口的方式給用戶提供了調(diào)用的入口，來獲取操作系統(tǒng)內(nèi)部的資源。

那什么是接口呢？Linux 操作系統(tǒng)本質(zhì)上就是用 C語言 寫的，所以所謂的接口其實(shí)就是 C語言 實(shí)現(xiàn)的自己內(nèi)部的函數(shù)調(diào)用，我們稱之為系統(tǒng)調(diào)用。而，所有訪問操作系統(tǒng)的行為，都只能通過系統(tǒng)調(diào)用來完成。

所以看回那個(gè)圖，再往上就是 system call 系統(tǒng)調(diào)用接口。

接著就是用戶操作接口，有我們熟悉的 shell 外殼，然后是 lib，也就是庫，因?yàn)橄到y(tǒng)調(diào)用還是比較的復(fù)雜，有些語言之類的就會(huì)將其封裝成庫供我們使用。

任何一門語言，如果他們想要直接或間接的使用到硬件，就必須經(jīng)過操作系統(tǒng)，而經(jīng)過操作系統(tǒng)就必須要使用系統(tǒng)調(diào)用接口。

那么如上就是計(jì)算機(jī)的整體層狀結(jié)構(gòu)了。

2、操作系統(tǒng)如何管理軟硬件資源

我們先來理解一下什么是管理：

1）管理者和被管理者是不需要見面的（就像在學(xué)校，我們作為學(xué)生一般也不會(huì)和校長見面，在公司，我們一般也不會(huì)和老板一直見面（小公司當(dāng)我沒說））

2）管理者在見不到被管理者的情況下如何做好管理呢？核心在于管理信息，只要管理者得到管理信息，就能在未來進(jìn)行管理決策 —— 管理的本質(zhì)是通過對(duì) ‘?dāng)?shù)據(jù)’ 的管理，達(dá)到對(duì)人的管理。

3）管理者和被管理者面都不見，該怎么拿到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)呢？（先補(bǔ)充一個(gè)概念：什么是管理者？我們一般將世界上所有的事情分成兩種，一種是決策，一種是執(zhí)行，舉個(gè)例子：今晚吃什么？吃面吧。這是決策；我現(xiàn)在去煮面。這是執(zhí)行。做決策其實(shí)就是管理者，做執(zhí)行的就是被管理者。不過在我們?nèi)粘Ｉ罾?，決策和執(zhí)行基本都是一體的。）管理者需要通過執(zhí)行者拿到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。

所以！

操作系統(tǒng)在進(jìn)行管理的時(shí)候，需要見到軟硬件嗎？不需要，那操作系統(tǒng)該怎么拿到他們的狀態(tài)數(shù)據(jù)呢？以硬件為例，操作系統(tǒng)就是通過驅(qū)動(dòng)程序獲取數(shù)據(jù)。

操作系統(tǒng)管理任何東西，都一定是遵循著 “先描述，再組織” 的策略，使用結(jié)構(gòu)體對(duì)一個(gè)對(duì)象進(jìn)行描述，然后將它用一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織起來，這樣就能達(dá)到一種狀態(tài)：在操作系統(tǒng)中，管理任何對(duì)象，最終都可以轉(zhuǎn)化成為對(duì)某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的增刪查改。

結(jié)論：操作系統(tǒng)如何管理？

先描述，再組織。

3. 再談進(jìn)程

1、什么是進(jìn)程

一個(gè)已經(jīng)加載到內(nèi)存中的程序，叫做進(jìn)程。

我們到 Linux 下寫一個(gè)進(jìn)程瞧一瞧：

我們簡單寫一個(gè)程序，然后跑起來：

?

然后我們復(fù)制一個(gè) SSH 渠道，然后查看一下進(jìn)程：

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

所以其實(shí)，正在運(yùn)行的程序，就叫做進(jìn)程。????????

2、如何理解進(jìn)程

一個(gè)操作系統(tǒng)，不僅僅只能運(yùn)行一個(gè)進(jìn)程，可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程。

操作系統(tǒng)必須把進(jìn)程管理起來，那該如何管理進(jìn)程呢？先描述，再組織。

任何一個(gè)進(jìn)程，在加載到內(nèi)存的時(shí)候，在形成真正的進(jìn)程時(shí)，操作系統(tǒng)需要先創(chuàng)建用于描述進(jìn)程的結(jié)構(gòu)體對(duì)象 —— PCB，process ctrl block —— 進(jìn)程控制塊。

問題來了，該這么描述進(jìn)程呢？用各種屬性的集合來描述一個(gè)東西。所以所謂的 PCB 其實(shí)就是進(jìn)程屬性的集合。所以 PCB 就是一個(gè)結(jié)構(gòu)體：

struct PCB {

? ? ? ? 進(jìn)程的編號(hào)，

? ? ? ? 進(jìn)程的狀態(tài)，

? ? ? ? 進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)，

? ? ? ? ...?...?

}

系統(tǒng)會(huì)根據(jù)進(jìn)程的 PCB 類型，為該進(jìn)程創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的 PCB 對(duì)象。

那么什么是進(jìn)程，進(jìn)程就是 PCB 嗎？并不是，進(jìn)程其實(shí)是：

進(jìn)程 = 內(nèi)核 PCB 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)象 + 對(duì)應(yīng)程序的代碼和數(shù)據(jù)

而進(jìn)程的 PCB ，當(dāng)然就包含描述進(jìn)程的所有屬性。那這樣子，操作系統(tǒng)進(jìn)行管理的就不是你的代碼和數(shù)據(jù)，他只需要管理這個(gè)進(jìn)程 PCB 即可。這樣子，操作系統(tǒng)對(duì)進(jìn)程的所有管理操作就都變成了對(duì) PCB 這樣一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的增刪查改。

3、Linux 是如何管理進(jìn)程的

前面我們理解了進(jìn)程是什么樣的，那 Linux 操作系統(tǒng)具體又是如何組織管理進(jìn)程的呢？

Linux 操作系統(tǒng)下的 PCB 是：task_struct（進(jìn)程其實(shí)也有人稱其為任務(wù)），在 Linux 內(nèi)核中采取的是基本的雙鏈表的形式來組織進(jìn)程 task_struct 。?

至于 task_struct 究竟是什么樣的，那就，欲知后事如何，且聽下回分解~

寫在最后：

以上就是本篇文章的內(nèi)容了，感謝你的閱讀。

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