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目錄

1.概述

2.CPU管理

3.內(nèi)存管理

4.IO管理

1.概述

操作系統(tǒng)可以看作一個(gè)計(jì)算機(jī)的管理系統(tǒng)，對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件資源提供了一套完整的管理解決方案。計(jì)算機(jī)的硬件組成有五大模塊：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備。操作系統(tǒng)實(shí)際上就是對(duì)這個(gè)五塊資源各自提供了一套管理方案，然后合起來形成一個(gè)總的對(duì)計(jì)算機(jī)的管理策略。我們進(jìn)行軟件開發(fā)的時(shí)候都無法直接和五大模塊的硬件進(jìn)行交互，都需要通過調(diào)用操作系統(tǒng)這個(gè)中間層暴露出來的API來完成。諸如JAVA之類的高級(jí)編程語言，其底層很多東西其實(shí)就是基于操作系統(tǒng)暴露出來的API進(jìn)行二次封裝的。

JAVA體系中有哪些東西是對(duì)操作系統(tǒng)的二次封裝喃？至少有兩塊兒：線程和IO。這兩塊兒已經(jīng)是后端編程里的重點(diǎn)內(nèi)容了。需要進(jìn)行并發(fā)操作、異步任務(wù)、定時(shí)任務(wù)等需要用到多線程編程，多線程編程時(shí)需要熟悉線程模型，而線程模型本質(zhì)上就是操作系統(tǒng)中CPU管理的一整塊內(nèi)容。需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)，需要用到網(wǎng)絡(luò)編程，需要熟悉IO模型，而IO模型本質(zhì)上就是操作系統(tǒng)中IO管理的一整塊內(nèi)容。多線程編程可能平時(shí)還會(huì)用到，可能很多同學(xué)會(huì)疑惑，網(wǎng)絡(luò)編程一般會(huì)用在哪兒？在JAVA EE中諸如tomcat、netty之類的web server容器，在通信上都必須用到網(wǎng)絡(luò)編程，dubbo、nacos之類的微服務(wù)注冊中心在進(jìn)行服務(wù)注冊、調(diào)用時(shí)也會(huì)用到網(wǎng)絡(luò)編程，這些內(nèi)容目前開源方案已經(jīng)封裝好了，但是在某些時(shí)候需要自研框架時(shí)，IO作為一個(gè)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高性能的關(guān)鍵點(diǎn)，一定是繞不開的一個(gè)點(diǎn)，需要自行進(jìn)行IO的開發(fā)。

綜上所述，對(duì)JAVA后端而言，操作系統(tǒng)中一些核心內(nèi)容是很有必要掌握的，了解清楚這幾塊兒內(nèi)容才能更好的完成相應(yīng)方面的開發(fā)。

作者之前寫過一個(gè)操作系統(tǒng)的系列博客，本文其實(shí)就是對(duì)這個(gè)系列的整合，以章節(jié)清單的方式，完整整合那些后端需要知道的操作系統(tǒng)的內(nèi)容。

2.CPU管理

本塊內(nèi)容主要包含：

CPU的大致工作過程：取值執(zhí)行。

為什么需要進(jìn)程：為了更好的利用CPU資源，程序需要不斷切換執(zhí)行，因此需要對(duì)運(yùn)行中的程序進(jìn)行描述。

然后就是進(jìn)程的狀態(tài)切換：

最后就是為什么會(huì)有線程，線程和進(jìn)程的關(guān)系，以及數(shù)據(jù)一致性、線程通信、死鎖、調(diào)度等操作相關(guān)的內(nèi)容。

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【進(jìn)程與線程】最好懂的講解__BugMan的博客-CSDN博客

操作系統(tǒng)（2）進(jìn)程管理（上）進(jìn)程與線程__BugMan的博客-CSDN博客

操作系統(tǒng)（3）進(jìn)程管理（中）數(shù)據(jù)一致性_操作系統(tǒng)中什么是數(shù)據(jù)一致性__BugMan的博客-CSDN博客

操作系統(tǒng)（4）進(jìn)程管理（下）通信、死鎖、調(diào)度__BugMan的博客-CSDN博客

3.內(nèi)存管理

內(nèi)存中到底存放的是什么東西？內(nèi)存中存放的是進(jìn)程，內(nèi)存中各個(gè)進(jìn)程圈地而治，所圈的地盤中存放各個(gè)進(jìn)程自己的指令和數(shù)據(jù)，進(jìn)程執(zhí)行完畢后，退出內(nèi)存，還出圈給它的地。如何給各個(gè)進(jìn)程圈地，就是存儲(chǔ)管理的核心。

這一塊兒內(nèi)容里我們將明白CPU是如何進(jìn)行地址映射，在內(nèi)存中找到對(duì)應(yīng)進(jìn)程的內(nèi)容的。

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操作系統(tǒng)（5）內(nèi)存管理_頁表寄存器在內(nèi)存中嗎__BugMan的博客-CSDN博客簡單討論一下操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理_頁表寄存器在內(nèi)存中嗎https://blog.csdn.net/Joker_ZJN/article/details/127768414

4.IO管理

IO管理，管理的主要是計(jì)算機(jī)的外設(shè)，即接入主機(jī)的設(shè)備（CPU、內(nèi)存、總線之外的設(shè)備）。所管理的內(nèi)容中最重要的就是如何讓IO設(shè)備與主機(jī)之間高效的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

計(jì)算機(jī)的IO其實(shí)就是在內(nèi)存中為各個(gè)IO設(shè)備分配了屬于它的一塊內(nèi)存，向這塊內(nèi)存中進(jìn)行讀寫即可完成IO。這塊內(nèi)存是位于計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的內(nèi)核段中的。

一次完整的IO過程是：

1. CPU執(zhí)行IO指令
2. 將內(nèi)核段中數(shù)據(jù)讀到用戶段
3. 用戶段中數(shù)據(jù)交給CPU
4. CPU的執(zhí)行結(jié)果寫回用戶段
5. 用戶段中存的結(jié)果寫回內(nèi)核段

這一塊兒里，我們將了解計(jì)算機(jī)的IO，數(shù)據(jù)是如何在內(nèi)存中流轉(zhuǎn)的，以及整個(gè)計(jì)算機(jī)的IO模型，會(huì)對(duì)我們認(rèn)識(shí)理解BIO、NIO等JDK原生IO支持或者netty等IO框架有很大的幫助。

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全網(wǎng)最清晰JAVA NIO，看一遍就會(huì)__BugMan的博客-CSDN博客

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