【Linux学习笔记】初识冯诺依曼体系和进程PCB
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文章目录
- 【Linux学习笔记】初识冯诺依曼体系和进程PCB
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- 前言
- [一. 冯诺依曼体系结构](#一. 冯诺依曼体系结构)
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- [1.1 关于冯诺依曼体系的要点：](#1.1 关于冯诺依曼体系的要点：)
- [二. 操作系统（Operating System）](#二. 操作系统（Operating System）)
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- [2.1 概念](#2.1 概念)
- [2.2 设计OS的目的](#2.2 设计OS的目的)
- [2.3 核心功能](#2.3 核心功能)
- [2.4 如何理解"管理"](#2.4 如何理解“管理”)
- [2.5 系统调用和库函数概念](#2.5 系统调用和库函数概念)
- [三. 进程](#三. 进程)
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- [3.1 基本概念与基本操作](#3.1 基本概念与基本操作)
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- [3.1.2 描述进程 - PCB](#3.1.2 描述进程 - PCB)
- [3.1.3 task_struct](#3.1.3 task_struct)
- [3.1.5 查看进程](#3.1.5 查看进程)
- [3.1.6 通过系统调用获取进程标识符](#3.1.6 通过系统调用获取进程标识符)
- [3.1.7 通过系统调用创建进程 - `fork`初识](#3.1.7 通过系统调用创建进程 -
fork初识)
- 后言
前言
哈喽，各位小伙伴大家好!上期我们讲了gdb和cgdb 今天我们讲的是初识冯诺依曼体系和进程PCB。话不多说，我们进入正题！向大厂冲锋！
一. 冯诺依曼体系结构
我们常见的计算机，如笔记本，以及不常见的计算机，如服务器，大部分都遵守冯诺依曼体系。计算机由以下硬件组件组成：
- 输入单元：包括键盘、鼠标、扫描仪、写字板等
- 中央处理器(CPU)：含有运算器和控制器等
- 输出单元：显示器、打印机等
1.1 关于冯诺依曼体系的要点：
- 存储器指的是内存
- CPU只能对内存进行读写，不能直接访问外设（输入或输出设备）
- 外设要输入或输出数据，只能通过内存进行交互
- 所有设备都只能直接和内存打交道
关于冯诺依曼，必须强调几点：
- 这里的存储器指的是内存
- 不考虑缓存情况，这里的CPU能且只能对内存进行读写，不能访问外设(输入或输出设备)
- 外设(输入或输出设备)要输入或者输出数据，也只能写入内存或者从内存中读取。
- 一句话，所有设备都只能直接和内存打交道。
📌 注意：
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（Operating System）
2.1 概念
操作系统（OS）是计算机系统中一个基本的程序集合，包括：
- 内核（进程管理、内存管理、文件管理、驱动管理）
- 其他程序（如函数库、shell程序等）
2.2 设计OS的目的
- 对下：与硬件交互，管理所有软硬件资源
- 对上：为用户程序（应用程序）提供良好的执行环境
2.3 核心功能
操作系统在整个计算机软硬件架构中的定位是：一款存正"搞管理"的软件。
2.4 如何理解"管理"
- 管理的例子：学生、辅导员、校长
- 描述被管理对象
- 组织被管理对象
总结
计算机管理硬件: - 1.描述起来，用struct结构体
- 2.组织起来，用链表或其他高效的数据结构
2.5 系统调用和库函数概念
- 在开发角度，操作系统对外会表现为一个整体，但是会暴露自己的部分接口，供上层开发使用，这部分由操作系统提供的接口，叫做系统调用。
- 系统调用在使用上，功能比较基础，对用户的要求相对也比较高，所以，有心的开发者可以对部分系统调用进行适度封装，从而形成库，有了库，就很有利于更上层用户或者开发者进行二次开发。
承上启下
那在还没有学习进程之前，就问大家，操作系统是怎么管理进行进程管理的呢？很简单，先把进程描述起来，再把进程组织起来！
三. 进程
3.1 基本概念与基本操作
- 课本概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序等
- 内核观点：担当分配系统资源（CPU时间、内存）的实体
3.1.2 描述进程 - PCB
- 基本概念
- 进程信息被放在一个叫做进程控制块（PCB）的数据结构中，是进程属性的集合
- 课本上称之为PCB（processcontrolblock），在Linux操作系统下的PCB是：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。
3.1.3 task_struct
- 内容分类：
- 标示符：描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。
- 状态：任务状态，退出代码，退出信号等。
- 优先级：相对于其他进程的优先级。
- 程序计数器：程序中即将被执行的下一条指令的地址。
- 内存指针：包括程序代码和进程相关数据的指针，还有和其他进程共享的内存块的指针
- 上下文数据：进程执行时处理器的寄存器中的数据[休学例子，要加图CPU，寄存器]。
- I/0状态信息：包括显示的I/O请求，分配给进程的I/0设备和被进程使用的文件列表。
- 记账信息：可能包括处理器时间总和，使用的时钟数总和，时间限制，记账号等。
- 其他信息
- 具体详细信息后续会介绍
- 组织进程
所有运行在系统里的进程都以task_struct链表的形式存在于内核中。
3.1.5 查看进程
- 进程信息可以通过
/proc系统文件夹查看。例如，获取PID为1的进程信息，查看/proc/1文件夹。 - 大多数进程信息也可以通过
top和ps等用户级工具获取。
3.1.6 通过系统调用获取进程标识符
- 进程id（PID）
- 父进程id（PPID）
c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
printf("pid: %d\n", getpid());
printf("ppid: %d\n", getppid());
return 0;
}
3.1.7 通过系统调用创建进程 - fork初识
- 运行
man fork认识fork fork有两个返回值：
- 父进程返回值为子进程的PID
- 子进程返回值为0
c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
int ret = fork();
printf("hello proc : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret);
sleep(1);
return 0;
}- fork之后通常使用if分流
c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
int ret = fork();
if(ret < 0){
perror("fork");
return 1;
}
else if(ret == 0){ // child
printf("I am child : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret);
}
else{ // father
printf("I am father : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret);
}
sleep(1);
return 0;
}
后言
这就是初识冯诺依曼体系和进程PCB。大家自己好好消化！今天就分享到这！ 感谢各位的耐心垂阅！咱们下期见！拜拜~
