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文章目录
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- 一、冯诺依曼体系：电脑的"底层工作规则"
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- [1. 程序没运行时，藏在哪儿？](#1. 程序没运行时，藏在哪儿？)
- [2. "加载"就是挪食材的过程](#2. “加载”就是挪食材的过程)
- [3. 存储分级：快的放近处，慢的放远处](#3. 存储分级：快的放近处，慢的放远处)
- [4. 两台电脑传文件，本质是啥？](#4. 两台电脑传文件，本质是啥？)
- 二、操作系统：电脑的"全能管家"
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- [1. 操作系统由两部分组成](#1. 操作系统由两部分组成)
- [2. 管家怎么"管理"？核心是"先描述，再组织"](#2. 管家怎么“管理”？核心是“先描述，再组织”)
- 三、系统调用：和"管家"沟通的唯一通道
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- [1. 系统调用像银行的"柜台"](#1. 系统调用像银行的“柜台”)
- [2. 库函数和系统调用的关系](#2. 库函数和系统调用的关系)
- 四、进程：正在"干活"的程序
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- [1. 进程的"身份证"：task_struct（PCB）](#1. 进程的“身份证”：task_struct（PCB）)
- [2. 怎么查看进程？两种常用方法](#2. 怎么查看进程？两种常用方法)
- [3. 进程的"父子关系"：所有进程都有爹](#3. 进程的“父子关系”：所有进程都有爹)
- [4. 用代码创建子进程：fork函数](#4. 用代码创建子进程：fork函数)
- 最后总结
一、冯诺依曼体系：电脑的"底层工作规则"
咱们先从最基础的说起------冯诺依曼体系，这其实就是电脑的"做事逻辑"，核心是所有硬件都围着"运算器"转，就像大家都听主厨的指挥一样。
1. 程序没运行时，藏在哪儿？
你双击一个软件（比如QQ）前，它其实待在磁盘里（就是你电脑的C盘、D盘这类存储盘）。为啥不能直接在磁盘上跑？看下面这张图就懂了：
电脑有个死规矩：运算器只和内存打交道，键盘、磁盘这些外设也只跟内存交互。就像主厨（运算器）只用操作台上（内存）的食材，不会直接从冰箱（磁盘）拿------所以得先把"食材"（程序）从冰箱挪到操作台。
2. "加载"就是挪食材的过程
"加载"说直白点，就是把磁盘里的程序，拷贝到内存里。看这两张图，就是加载的完整流程：
加载完之后，运算器才能从内存里读指令、跑程序------这就是软件能运行的前提。
3. 存储分级：快的放近处，慢的放远处
电脑的存储不是一块铁板，而是分"快慢档"的，就像你把常用的东西放口袋，不常用的放柜子：
- 最快：CPU缓存（口袋，随手拿）
- 中等：内存（桌面，伸手够）
- 最慢：磁盘（柜子，要起身开）
这里还有个"木桶原理"：程序跑多快，不看最快的硬件，只看最慢的那步。比如从磁盘拷到内存要1秒，哪怕运算器1毫秒能算完，整体还是得等1秒------所以效率由拷贝速度决定：
4. 两台电脑传文件，本质是啥？
你给朋友发个照片，看似简单，其实是"两台冯诺依曼机器互相传食材"：本地磁盘→本地内存→网络→对方内存→对方磁盘。看这几张图，流程一目了然：
一句话总结：传文件就是"跨电脑的拷贝"。
二、操作系统：电脑的"全能管家"
有了硬件和底层规则，得有个"管家"来协调------这就是操作系统（OS），比如Windows、Linux、macOS。它的核心工作是管硬件、管软件，给你的程序提供舒服的运行环境。
1. 操作系统由两部分组成
管家也分"核心"和"助手"：
- 内核：管家的核心，管最底层的事（比如分配内存、控制CPU）
- 其他程序：助手，比如图形界面（你电脑的桌面）、命令行工具
就连你的安卓手机，底层也是Linux内核------上面加了安卓的框架和APP，就像管家下面有专门管手机APP的助手：
2. 管家怎么"管理"？核心是"先描述，再组织"
不管管硬件还是程序，OS都遵循一个逻辑：先记清楚"对象是谁"，再把它们"分组管理"。比如学校管学生：
- 先描述：记每个学生的姓名、学号、班级（用表格或表单记录）
- 再组织：按班级分组，方便查改
OS管硬件也一样，看这几张图：
比如管内存，先记录"内存块大小、是否被占用"（描述），再用链表把这些记录串起来（组织）------后续分配/回收内存，就是改这个链表，跟校长改学生表格一样简单：
一句话：世界上所有管理，都是先记清楚属性，再分组整理------OS也不例外。
三、系统调用：和"管家"沟通的唯一通道
管家很谨慎，不相信陌生人------你不能直接闯进它的"后台"（内核），只能通过它开的"窗口"（系统调用）办事。
1. 系统调用像银行的"柜台"
比如你去银行取钱，不能直接进金库，得通过柜台------系统调用就是OS的"柜台"：
- 本质：OS提供的C函数（有输入参数，比如"取100块"；有返回值，比如"取到的钱"）
- 作用：你写的程序要访问硬件（比如打印文字、读文件），必须通过系统调用让OS帮忙
比如你用printf("hello")，看似简单，其实是：你的代码→调用printf（库函数）→printf底层调用系统调用→OS让显示器显示"hello"。看这张图就懂了：
2. 库函数和系统调用的关系
库函数是"中介"，把复杂的系统调用包装得简单。比如fopen（打开文件）是库函数，底层其实调用了"打开文件"的系统调用------你不用管系统调用怎么写，直接用fopen就行：
记住：只要库函数要访问硬件，底层一定藏着系统调用。
四、进程：正在"干活"的程序
你打开的微信、浏览器，甚至输的ls命令，本质都是"进程"------简单说：进程 = 内核里的"身份信息"（task_struct） + 程序的代码和数据。
1. 进程的"身份证"：task_struct（PCB）
OS要管多个进程，得给每个进程发"身份证"------所有系统都叫PCB（进程控制块），Linux里专门叫task_struct，里面记着进程的所有信息：
比如：
- 标识符（PID）：进程的唯一ID（像身份证号）
- 状态：运行中/暂停/退出
- 内存指针：程序代码在内存里的位置
OS管进程，其实就是管这些task_struct------把它们用链表串起来，要启动/关闭进程，就是给链表增删节点：
2. 怎么查看进程？两种常用方法
方法1：用ps命令
ps axj：看所有进程ps axj | grep 进程名：找特定进程（比如找myprocess）
看这张图，20751就是myprocess的PID，想杀它就用ctrl+c或kill -9 20751：
方法2：看/proc目录
Linux把每个进程做成一个目录，放在/proc下------目录名就是进程的PID。比如/proc/21150就是PID为21150的进程信息：
里面有两个关键文件：
exe：指向磁盘里的可执行程序（比如你编译的myprocess）cwd：进程当前的工作目录（比如你在/home下运行程序，cwd就指向/home）
比如你用fopen("test.txt", "r")，程序会从cwd目录找test.txt------这就是相对路径能生效的原因：
想改工作目录？用chdir函数（底层也是系统调用）：
3. 进程的"父子关系"：所有进程都有爹
Linux里没有"孤儿进程"------所有进程都是被其他进程创建的，创建者叫"父进程"，被创建的叫"子进程"。
比如你打开命令行（bash），输入./myprocess，bash就是父进程，myprocess就是子进程：
甚至每个登录用户，OS都会分配一个bash------你输的所有命令（ls、cd），父进程都是这个bash：
4. 用代码创建子进程：fork函数
想自己写代码创建子进程？用fork()就行------这是个系统调用，调用一次会返回两次（父进程和子进程各返回一次）。
先看代码和效果
代码长这样，编译运行后会同时打印父进程和子进程的信息：
运行后用ps查看，能看到两个进程（PID分别是30382和30383）：
关键问题：fork为啥这么"怪"？
（1）为啥返回两个值？
- 成功时：给子进程返回0 ，给父进程返回子进程的PID
- 失败时：给父进程返回-1
原因很简单：一个父进程能创建多个子进程，得用PID区分；而子进程只有一个父进程，不用记父PID------OS会帮它存好。
（2）为啥一个函数返回两次？
fork()的核心是"创建子进程"------在执行return之前，子进程已经被创建出来了，甚至已经开始跑了。所以执行return时，父进程和子进程会各自执行一次，自然返回两次：
（3）为啥变量能又等于0又大于0？
看这段代码：父进程和子进程都改gval，但最终结果不一样：
原因是进程有独立性 ：默认共享代码和数据，但只要有一方改数据，OS会立刻拷贝一份数据给它------这叫"写实拷贝"。比如子进程改gval，OS会给子进程拷贝一份gval，父进程的gval不变：
而且代码是"只读"的------父进程和子进程共享代码，谁也改不了，避免互相干扰：
最后总结
咱们从电脑的"底层规则"（冯诺依曼）讲到"管家"（OS），再到"干活的人"（进程），核心就三点：
- 程序要运行，必须先从磁盘加载到内存；
- 跟OS沟通只能用系统调用，库函数是"中介"；
- 进程是运行的程序，OS用
task_struct管它，创建子进程用fork，且进程互相独立。
看懂这些，你就摸清了电脑运行的核心逻辑～