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一， 冯* 诺依曼体系结构
1，存储结构
我们知道一个程序的执行速度，需要数据的输入输出。那么如果CPU直接与输入设备进行交互，那么会是这样的情况，输入设备输入10s的数据，CPU处理花了1ms，然后输出又花了10s，这样会导致机器性能很差；
而冯洛依曼想到了用内存与CPU打交道，这样就变成了4秒的数据输入，1ms的处理，4秒的输出变相的提高了计算机效率。
举一个例子：我与一个老表进行微信交流。他们之间的数据流动流程图，如下：
二， 操作系统
1，概念
2，设计OS的目的
3，定位
4，如何理解 "管理"
关于操作系统，银行例子：
5， 总结
操作系统就是给用户提供一个安全，稳定，简单的执行环境。
1. 操作系统管理：先描述，再组织
2. 操作系统对外服务，是通过提供：系统调用接口
三，进程
1. 概念
（其实，我们启动一个软件，本质上是创建一个进程; 并且在linux中输入一个命令，在系统层面创建了一个进程）
那么如何区分进程 & 程序？
当大量进程进入内存，CPU需要对进程优先级进行排序，而它做不到 ，它只能读数据，那么这个时候就需要对进程进行管理，那么我们如何创建进程？
1. 先描述 （通过结构体（PCB），描述进程属性块）2. 再组织 (通过数据结构，如链表，顺序表，红黑树等，将进程组织起来)
那么我们开始来管理进程：
2. PCB —— 描述进程
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
在windows中，PCB就是一个表示进程模块的结构体；
在Linux中，PCB的具体是 struct task_struct{......// 进程的所有属性}
3. 组织进程
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。
那我们如何查看一个进程？
（1）. 我们制作一个死循环程序，然后执行程序。
（2）再打开另一个窗口查看进程。
指令：ps axj | grep "需要查看的程序"
回到死循环程序，我们通过ctrl + c退出死循环程序，再次检测可以发现，死循环进程消失。
同样的我们可以通过输入top命令，而这就是Linux下的任务管理器
补充： cwd
输入 ls /proc // 功能是：通过文件形式来展示进程
我们随便进入一个进程，查看里面文件属性，这里就有我们要找的cwd文件：
转成详细页：ls /proc/13712 // 13712是Test进程的PID
那这些PPID，PID是什么玩意儿，下面我们会进行分析。
4. task_struct ——PCB
前面我们可以看到有这些类
- 标示符 （PID）: 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。（权限决定能与不能，优先级是能后的顺序）
- 程序计数器: 程序中即将被执行的下一条指令的地址。（所以程序计数器是不断被修改的）
- 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。（可以通过PCB找到进程中的数据）
- 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／O状态信息: 包括显示的I/O请求,分配给进程的I／O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
(1) PID——标识符
功能： 标示符 （PID）: 描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。
那么我们怎么在main函数中获取特定的进程的PID呢？
getpid() // 获取本进程PID
getppid() // 获取父进程PID
需要包含系统函数头文件： #include <sys/types.h>
我们在源码中，运用getpid()函数，获取本程序的PID
结果如图：
这里除了 在程序运行时ctrl + c可以终止进程；也可以通过 输入命令 kill -9 PID 结束进程。 这里不对kill进行讲解。
5.父子进程
补充： fork()函数
功能：在fork函数调用处，创建一个子进程独立于父进程，fork之后代码父子共享。
返回值：1. 在父进程中返回子进程的PID； 2. 在子进程返回 0 ； 3. 失败返回 -1
问：为啥会有两个返回值呢？
答：fork()函数中，父子进程各自执行自己的return语句
fork函数——if分流
我们知道父子进程公用，fork函数之后的代码。可父子进程大多都是运行不同的代码，那我们如何进行分开呢？
利用fork的返回值进行if 分流：
id 在父进程里面是 子进程的PID； 在子进程里面是 0 。
关于fork函数内部逻辑：
创建一个进程，内部属性以父进程内部属性为模板。
父子进程——各自优先级
问： 父子进程中，先执行父进程，再执行子进程吗？
不一定
原因：CPU可能运行一个父进程10ms后，先不执行了，再次入运行队列，而这时子进程就在执行。关于谁先运行，不一定，这个取决于操作系统的调度器决定。
6. 进程状态【Linux操作系统】
1. 新建：
字面意思。 就是给一个程序创建有一个进程。
2. 运行状态：
task_struct在运行队列中开始排队时，就是运行状态。
3. 阻塞：
等待非CPU资源，叫做阻塞状态。
比如：我们进行scanf / cin 进行键盘输入时，在等待键盘数据录入，这就是一个阻塞状态。
4. 挂起：
当内存不足时，OS适当地置换进程的代码和数据到磁盘，此时进程叫做挂起状态。
6. liunx内核中的进程状态
(1) S睡眠状态（sleeping):
意味着进程在等待事件完成 （这里的睡眠有时候也叫做可中断睡眠——可以通过kill -2 指令，中断S，为T状态）
对应阻塞状态
输入： while :; do ps axj | head -1 && ps axj | grep 运行文件名 | grep -v grep ; sleep 1; done // 可查看最新的进程运行状况，周期为1秒
(2) R运行状态（running）:
并不意味着进程一定在运行中，它表明进程要么是在运行中要么在运行队列里。
以上面代码为例，将cout代码注释掉，这样就不在占用输出设备资源了，则一直都在R状态。
细节：我们发现状态栏中有S+，R+ 其中"+"又是什么意思呢？ “+”这里的含义是一个前台进程，其结果会占用我们与bush的聊天界面，我们无法输入指令，可以ctrl + c 退出；同理，没有“+”的状态为后台进程，不会占用聊天框，我们可以继续输入指令。 但启动程序时要 ./程序 &，它会返回其PID，不用时kill -9 PID 杀死即可。
(3) D磁盘休眠状态（Disk sleep）：
有时候也叫不可中断睡眠状态（uninterruptible sleep）——深度睡眠，在这个状态的进程通常会等待IO的结束。（不可被被动中断，kill都不能杀掉，除非拔电源）
(4) T停止状态（stopped）：
可以通过发送 SIGSTOP 信号给进程来停止（T）进程。这个被暂停的进程可以通过发送 SIGCONT 信号让进程继续运行。（比如：gdb调试）
kill -19 // 暂停进程
kill -18 // 继续进程
T 区别于 S：
睡眠进程是等待非CPU资源， 对应的是阻塞状态。暂停状态，原先是运行状态，没有等待资源，仅仅是暂停了。
(5) X死亡状态（dead）：
这个状态只是一个返回状态，你不会在任务列表里看到这个状态.(当大量进程结束时，操作系统忙不过来，那这时进程就会标记为X进程，随时准备被回收)
(6) Z僵尸状态：
一个进程已经退出，但还不能被OS回收，处于一个等待被检测的状态，叫做僵尸状态。
那为啥要有这种状态？ 为了状态保持，让父进程或者OS来检测。 （所谓的保持：指代码和数据被回收了，进程的PCB还保留着。）
僵尸进程的危害
- 进程的退出状态必须被维持下去，因为他要告诉关心它的进程（父进程），你交给我的任务，我办的怎么样了。可父进程如果一直不读取，那子进程就一直处于Z状态？是的！
- 维护退出状态本身就是要用数据维护，也属于进程基本信息，所以保存在task_struct(PCB)中，换句话说，Z状态一直不退出，PCB一直都要维护？是的！
- 那一个父进程创建了很多子进程，就是不回收，是不是就会造成内存资源的浪费？是的！ 因为数据结构对象本身就要占用内存，想想C中定义一个结构体变量（对象），是要在内存的某个位置进行开辟空间！
- 内存泄漏?是的
(7) 孤儿进程
概念：
父进程如果提前退出，那么子进程后退出，进入Z之后，那该如何处理呢？ 父进程先退出，子进程就称之为“孤儿进程”孤儿进程被1号init进程领养，当然要有init进程回收喽
我们简单创建一个父进程先退出，子进程后退出的场景。发现：
7. 进程优先级
概念：
cpu资源分配的先后顺序，就是指进程的优先权（priority）。优先权高的进程有优先执行权利。配置进程优先权对多任务环境的linux很有用，可以改善系统性能。还可以把进程运行到指定的CPU上，这样一来，把不重要的进程安排到某个CPU，可以大大改善系统整体性能。
查看优先级，输入：
ps -al // 会显示机器所以进程
UID : 代表执行者的身份PID : 代表这个进程的代号PPID ：代表这个进程是由哪个进程发展衍生而来的，亦即父进程的代号PRI ：代表这个进程可被执行的优先级，其值 越小越早被CPU执行NI ：代表这个进程的nice值， 优先级的修正值，范围是-20到19，共40个级别。（每次设置nice值时，PRI都是默认值一般80）
Linux优先级具体做法：
优先级 = 老的优先级（PRI） + nice值(NI)
修改优先级
输入： top 指令； 进入top后按“r”–>输入进程PID–>输入nice值
有时需要提高权限，sudo一下即可（前提是：设置过信任用户）
其他概念
结语
本小节就到这里了，感谢小伙伴的浏览，如果有什么建议，欢迎在评论区评论；如果给小伙伴带来一些收获请留下你的小赞，你的点赞和关注将会成为博主创作的动力。
原文地址：https://blog.csdn.net/qq_72112924/article/details/131031973
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