冯诺依曼体系结构
冯诺依曼体系结构：
输入设备，输出设备，存储器，中央处理器（CPU）
存储器指的是内存
CPU包括运算器和控制器
CPU在数据层面，不会和外设直接打交道，只会和内存进行交互
任何程序在运行时，都必须先从磁盘中加载到内存
因为代码和数据必须被CPU访问，但是CPU指挥和内存进行交互
这是体系结构决定的
数据流动eg.
为什么要有内存？
内存时外设和CPU之间的一个巨大的缓存
操作系统（OS）
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
操作系统包括：内核，其他程序
OS的本质时一种进行软硬件资源管理的软件
设计OS的目的
每一种硬件都要有自己对应的驱动程序
与硬件交互，管理所有的软硬件资源
为用户程序提供一个良好的运行环境
管理是先描述再组织
进程
什么是进程
进程是程序的执行实例，是正在执行的程序
进程是担当分配系统资源的实体
进程 = 内核数据结构（task_struct） + 程序的代码和数据
在调度进程时，会让task_struct进去排队
进程会被根据task_struct属性，被os调度器调度运行
task_struct内部有哪些属性：
标示符
ps ajx | head -1 && ps ajx | grep 执行文件名可以查看运行中程序的属性
将程序运行起来（./或双击）的本质，就是启动一个进程：
执行完就退出（ls， pwd指令）
一直不退，直到用户退出（常驻进程）
pid
怎么显示进程的标示符（PID）
同一个进程再不同时间启动，其PID是不一样的，因为PID是累加的
PID是为了区别进程
在进程中使用 getpid 就可以获取pid
在系统中可以使用ctrl c来终止运行中的进程
也可以使用kill，kill可以向指定的进程发送信号
kill -9 pid编号 可以杀掉一个进程
在linux系统中可以使用ps来查看文件的属性
根目录下的**/proc**中的每一个目录即代表一个进程
目录的名称就是pid
目录中存储的是该进程的属性
当启动进程时，系统会紧接着在/proc中新建一个相应的文件夹
ps的本质就是打开/proc
cwd：current work dir（当前工作目录）
当前路径就是进程的cwd
当一个进程实际启动的时候，该进程会记住当前的路径（cwd）
启动进程时，会在当前路径生成文件，这个路径就是文件的cwd
chdir可以改变进程启动时的路径
这样就可以让其他的文件在别的路径生成
ppid
ppid是父进程id
在Linux系统中启动后，新建任何进程时，都是自己的父进程创建的
使用getppid（）可以获取父进程id
命令行中，执行命令/程序，本质是bash进程创建的子进程，由子进程执行我们的代码
子进程
fork（）函数可以创建子进程，创建成功会给父进程返回子进程的pid
可以看到这里打印了两个分支printf
因为经过fork分支后，会执行两个分支
fork（）函数由两个返回值
因为fork后变成了两个进程
这两个进程是父子关系
一般而言，这两个进程的代码是共享的(子进程的代码是从父进程继承来的)
但是数据是各自私有一份
fork（）返回的id对于父进程是subpid
对于子进程是0
为什么父子进程的数据各自私有？
进程具有很强的独立性，多个进程之间，运行时，互不影响，即便是父子
一个进程在运行时，代码是只读的
但是数据不允许两个进程互相干扰，因此要保证数据各自私有一份
返回的本质就是对指定的变量写入数据
而打印的数据就是读取数据
创建多进程
创建子进程时，子进程的task_struct是拷贝自父进程的
然后再调整新的task_struct部分属性
task_struct连入到进程列表中
此时子进程已经创建了
父进程执行一次return，子进程执行一次ruturn
所以fork（）会存在两个返回值
fork后，谁先运行是由OS的调度器来自主决定的
状态
进程的状态
CPU执行代码，不是把进程执行完毕才开始执行下一个
而是给每一个进程预分配一个时间片
基于时间片进行调度轮转（单CPU下）
这种行为是并发
多个进程再多个CPU下同时运行
这种行为是并行
Linux/windows民用级别的操作系统
分时操作系统，调度任务追求公平
实时操作系统，从开始到结束，必须尽快处理，且一但运行就尽量跑完
一个进程位于运行队列当中，该进程就叫做运行状态
本质是准备好了，随时可以运行
数据没有准备好，导致进程无法运行，则是阻塞状态
运行和阻塞的本质是让不同的进程处在不同的对列中
当内存严重不足时，系统会将进程挂起到外设
在磁盘中单独设有一个swap分区用于挂起
挂起的本质是用时间换空间
Linux进程的状态
R（running）：运行状态
S（sleeping）：休眠状态，阻塞等待的状态，可中断睡眠，浅睡眠
D（disk sleep）：磁盘休眠状态，阻塞等待状态，不可中断睡眠，深度睡眠
该进程在睡眠期间，不可被杀掉
T（stopped）：停止状态
t（tracing stop）：追踪停止
进入停止状态的原因：
1.进程做了非法但是不致命的操作，被OS停止了
2.当进程被追踪断点停下，进程状态是t
使用 kill -19 可以让进程停止
使用 kill -18 可以结束停止状态
X（dead）：终止状态
进程创建出来，是为了完成用户的任务
通过进程执行的结果来告知父进程/操作系统，任务是否完成
Z（zombie）：僵尸状态
维持退出信息，方便父进程和操作系统来进行查询
进程退出时
1.代码不会执行了，首先可以立即释放的就是对应的程序信息结构
2.进程退出，要有退出信息（进程的退出码），保存在自己的task_struct内部
3.管理结构task_struct必须被OS维护起来，方便用户未来获取进程的退出信息
进程创建时，先创建task_struct，再有代码和数据
进程退出时，先释放代码和数据，再删除task_struct，还没有删除task_struct时，进程时僵尸状态
僵尸进程如果没有人管，则会一直僵尸，僵尸进程默认没人管
如果一个进程僵尸，父进程不进行回收，就是内存泄漏
语言层面的内存泄漏问问题，如果在常驻内存的进程中出现，影响比较大
父进程还在，子进程退出，则正常
父进程退出，子进程还在，子进程会被系统领养
这种子进程是孤儿进程
进程优先级
优先级是获得某种资源的先后顺序
排队的本质就是确认优先级
为什么要有优先级：
因为目标资源较少
优先级就是task_struct中维护的int类型
优先级数字越小，代表优先级越高
优先级受PRI和NI影响
PRI（priority）：Linux中的进程的优先级
NI（nice）：优先级的nice数据（-20 <= nice <= 19）
最终优先级 = pri（默认/老的） + nice
uid是用户id，决定了进程是谁启动的
为什么nice存在范围？
为了保证进程调度的尽量公平
为什么是[-20,19]？
真实进程的优先级范围是[60,99]
相同优先级的进程会被挂接在一起
修改优先级不是高频操作，而且不建议修改，可以使用指令或代码进行修改
进程队列
CPU里面维护了有两张相同数据的哈希表
active（活跃）和expired（过期）
CPU调度只会从active队列中选择进程进行调度
通常哈希表中纵向根据优先级排队，横向根据到来的先后顺序排队
为了防止进程饥饿问题
创建的新进程和时间片结束的进程会被放到expired对列中
只有当active对列为空，才会将expired中的进程放入active对列中（直接将两个对列的指针交换）
同时又维护了两个bit_map[5]（位图）来决定对应为止是否存在进程
这是LInux内核O（1）调度算法
所有进程都要链表链接
但是linux中的链表结构与一般结构不同
只有连接字段，没有属性字段
为什么要设计成这样？
一个进程，既可以在全局链表中，又可以在不脱离全局链表的同时，加入别的链表
原理：
同一个结构体中定义的对象，其地址时相邻的，并逐渐递增
这样只要知道其中一个对象的地址，并知道该对象的偏移量，就可以知道整个元素的地址了
进程切换
每个进程都有一个时间片，时间片到了，就要切换进程
Linux是基于时间片进行调度轮转的
一个进程在时间片结束时，不一定跑完，可以在任何地方被重新调度切换
CPU
eip（pc）：当前正在执行指令的下一条指令的地址
ir：指令寄存器，就是正在执行的指令
CPU内部的寄存器的数据，是进程执行时的瞬时状态信息数据
CPU内有很多个寄存器，整体称为一套寄存器，寄存器不等于寄存器中的数据
进程切换的核心是进程上下文数据的保存和恢复
其本质就是
切走：将相关寄存器的内容，保存起来
切回：将历史保存的寄存器的数据，恢复到寄存器中
每次切换时，每次保存完上下文的时候，CPU都是全新的
一套寄存器是被多个进程共享使用的
进程的上下文寄存器数据，被保存到当前进程的PCB中就可以了
进程运行就是重复"取指令，更新pc，分析执行指令"的过程
