文章目录

• 一、冯诺依曼体系结构
• 二、操作系统OS
• 三、系统调用和库函数概念
• 四、进程
• • 1.概念
  • 2.描述进程-PCB
  • 3.查看进程
  • 4.查看系统调用
  • 5.查看进程调用
  • 6. 通过系统调用创建进程-fork初识

一、冯诺依曼体系结构

我们常见的计算机，如笔记本。我们不常见的计算机，如服务器，大部分都遵守冯诺依曼体系。

计算机包含输入设备、输出设备、存储器、中央处理器(运算器+控制器)
至目前，我们所认识的计算机，都是有一个个的硬件组件组成。

磁盘属于外存，具有永久性存储能力。
CPU作为计算机的核心，负责计算，速度最快，寄存器次之，内存在次之，而外设是较慢的。

但是CPU只能被动接受别人的指令和别人的数据，那么CPU必须先认识别人的指令(每个CPU被制作都有自己的指令集)，才能执行别人的指令，起到计算别人数据的目的。

上面说到CPU的速度很快，而外设的速度很慢，那么CPU直接从外设拿数据效率就降低了，所以数据是从外设加载到内存中的，然后CPU再从内存中读取数据，CPU处理完的数据再返回给内存(产生了缓存)，数据再从内存中加载到外设，这大大提高的数据的处理。

所以CPU再读取和写入时候，在数据层面只和内存打交道，为了整体效率。

内存从外设读取和写入数据的过程成为I/O过程(input/output)

对于冯诺依曼体系，我们应该注意：

所以程序的运行必须要加载到内存，CPU执行的代码访问数据，只能从内存中读取(这也是体系结构规定的)。

对冯诺依曼的理解，不能停留在概念上，要深入到对软件数据流理解上，请解释，从你登录上qq开始和某位朋友聊天开始，数据的流动过程。 从你打开窗口，开始给他发消息，到他的到消息之后的数据流动过程。如果是在qq上发送文件呢？

二、操作系统OS

• 是什么

操作系统是一个进行软硬件资源管理的软件，操作系统包含了进程管理，文件管理，内存管理，驱动管理。
任何计算机系统都包含一个基本的程序集合，称为操作系统(OS)。笼统的理解，操作系统包括：

• 为什么

操作系统通过合理的管理软硬件资源(手段),为用户提供良好的，稳定的，高效的，安全的执行环境(目的)。

在整个计算机软硬件架构中，操作系统的定位是： 一款纯正的“搞管理”的软件

• 怎么办

1. 管理者不需要与被管理者直接交互，依旧能够很好的将被管理者管理起来

2. 管理的本质是对数据进行管理

3. 管理的方法是先描述，再组织

所有的管理，本质是对数据做管理，管理的方法是先描述在组织
计算机管理硬件

1.描述起来，用struct结构体或者类
2.组织起来，用链表或其他高效的数据结构

总结：

三、系统调用和库函数概念

系统提供调用接口原因：操作系统不相信任何用户 – 操作系统不确定我们是否会对各种软硬件进行违法操作。但是操作系统又必须给上层用户提供各种服务，于是 给用户提供系统调用的接口，即当用户有访问软硬件的需求时，直接调用操作系统提供的接口，然后由操作系统来帮助用户完成对应的工作；这样即满足了用户的需求，又保护了软硬件资源。

四、进程

1.概念

也有书籍是一个运行起来(加载到内存)的程序时进程。

进程和程序相比进程具有动态属性。
而程序的本质计算文件，存储在磁盘中。

2.描述进程-PCB

当大量的程序加载到内存中，，操作系统用进行管理，会对程序进行先描述，在组织。

而描述进程-PCB

//进程控制块
struct task_struct3
{
	//该进程的所有属性
	struct task_struct* next;
	//该进程对应的代码和属性的地址
}

组织:对进程管理变成了进程对应的PCB进行相关的的管理。而对进程管理转化成了对链表的增删查。

struct task_struct* p1 = malloc(struct task_struct);
p1->..=xx;
p1->addr = 代码和数据的地址;

• 进程信息被放在一个叫做进程控制块的数据结构中，可以理解为进程属性的集合。
• 课本上称之为PCB（process control block）， Linux操作系统下的PCB是: task_struct

先描述，再组织工作 : struct task_struct内核结构体 --> 内核对象task_struct 对象 --> 将该结构体，代码和数据关联起来。

所以 进程 = 内核数据结构(task_struct) + 进程对应的磁盘代码

• 程序和进程

程序的本质是放在磁盘上的可执行文件（.exe文件），就是一个文件，根据冯诺依曼体系，软件运行要加载到内存中，而进程则是将程序加载到内存当中，并且由操作系统进行管理，生成一个描述自身性质的数据结构（PCB），由内核数据结构和进程对应的磁盘代码两者共同组成“进程”

• task_struct

task_struct-PCB的一种，在Linux中描述进程的结构体叫做task_struct。task_struct是Linux内核的一种数据结构，它会被装载到RAM(内存)里并且包含着进程的信息 。

可以在内核源代码里找到它。所有运行在系统里的进程都以task_struct链表的形式存在内核里。

• task_ struct内容分类

3.查看进程

首先创建一个死循环文件，方便查看进程：



make一下，生成可执行程序，开始执行：

接下来可以查看进程：

进程的信息可以通过 /proc 系统文件夹查看
如：要获取PID为1的进程信息，你需要查看 /proc/1 这个文件夹
大多数进程信息同样可以使用top和ps这些用户级工具来获取

ps ajx | grep "myproc"
ps ajx | head -1
ps ajx | head -1 && ps ajx | grep "myproc"

同时，我们可以杀掉（kill）进程,当然ctrl+c也可以直接结束掉：

kill -9 进程PID

进程在调度运行的时候，进程就具有动态属性。
进程在运行的时候本质是在读取进程内部的代码，内部在执行，从启动到终止中间可能会有一段很长的时间，这个进程就具备了动态属性。

查看进程：

ls /proc/

4.查看系统调用

• getpid()

man 2 getpid

如果指令无法实现，则要下载:

sudo yum -y install man-pages

获取进程PID需要两个头文件，调用响相应函数，最后的返回值就是进程的PID
对myproc.c进行修改：

运行并查看进程：

此外，还有另一种方法查看进程:
在Linux中proc是内存级目录

ls /proc/

数字开头就是进程的pid，一个进程也可以当做文件来看待

ls /proc/进程PID -d

如果程序被删除了，那么进程还会跑吗？

可以看到进程依然可以跑。

5.查看进程调用

• getppid()
  获得父进程ID

man 2 getppid

• 创建文件

touch myproc.c
tpuch Makefile

• 运行停掉
  
  可以看到每次进程运行的时候，子进程的ID是变的，父进程的ID不变。
• 查看父进程

ps axj | head -1 && ps axj | grep 父进程PPID

命令行上启动的进程，一般它的父进程没有特殊情况的话，都是bash
以子进程方式运行，遇到问题只与子进程有关，与父进程无关。

6. 通过系统调用创建进程-fork初识

• fork

make fork

• fork第一种用法

运行

fork是一个函数，用于创建子进程，函数执行前只有一个进程，函数执行后有两个进程:父进程和子进程，即打印两条。
即前一个进程的子进程是后一个进程的父进程。

• fork第二种用法
  fork()返回类型是 pid_t
  
  

同一个变量id，在后续不被修改的情况下，竟然有不同的内容。
（所以对于结果我们很好理解，返回成功时，会给父进程返回子进程的pid,子进程会返回0）。但是，这里居然一个变量id居然会有两个返回值。我们根据这个返回结果写代码：


我们可以看到，两个while循环都执行起来了，这也证明了实际上参与while循环的有两个进程！并且它们是父子进程，即父子关系。

这也说明了，在fork之后，又创建了一个进程，两个进程分别在两个执行流中，因此可以分别执行if 和 else if，也可以分别进入while循环！

总结一句话，fork()之后，会有父进程+子进程两个进程在执行后续代码，fork()后续的代码，被父子进程共享，通过返回值不同，让父子进程执行共享代码的一部分，这就是并发式编程。