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前言

一、馮諾依曼體系結構

我們常見的計算機，如筆記本，我們不常見的計算機，如服務器，大部分都遵守馮諾依曼體系，

馮諾依曼的兩個重要思想

截至目前，我們所認識的計算機，都是有一個個的硬體組件組成

1. 輸入單元：包括鍵盤, 滑鼠，掃描儀, 寫字板等
2. 中央處理器(CPU)：含有運算器和控制器等
3. 輸出單元：顯示幕，列印機等
4. 既是輸入單元也是輸出單元網卡等
   

關于馮諾依曼，必須強調幾點：

1. 這里的存盤器指的是記憶體，
2. 不考慮快取情況，這里的CPU能且只能對記憶體進行讀寫，不能訪問外設(輸入或輸出設備)，
3. 外設(輸入或輸出設備)要輸入或者輸出資料，也只能寫入記憶體或者從記憶體中讀取，
4. 一句話，所有設備都只能直接和記憶體打交道，
   ![在這里插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210609164233906.png

對馮諾依曼的理解，不能停留在概念上，要深入到對軟體資料流理解上，請解釋，從你登錄上qq開始和某位朋友聊天開始，資料的流動程序， 從你打開視窗，開始給他發訊息，到他的到訊息之后的資料流動程序，如果是在qq上發送檔案呢？

二、作業系統

1.作業系統的概念

任何計算機系統都包含一個基本的程式集合，稱為作業系統(OS)，籠統的理解，作業系統包括：

1. 內核（行程管理，記憶體管理，檔案管理，驅動管理），
2. 其他程式（例如函式庫， shell程式等等），

總結：作業系統=作業系統內核+一堆應用，

2.作業系統的目的

1. 與硬體互動，管理所有的軟硬體資源，
2. 為用戶程式（應用程式）提供一個良好的執行環境，

總結：作業系統對上，給用戶一個穩定高效的環境，對下管理好軟硬體資源，

3.作業系統的定位

1. 在整個計算機軟硬體架構中，作業系統的定位是： 一款純正的“搞管理”的軟體，
   

4.如何理解管理

1. 管理的例子

2. 描述被管理物件

3. 組織被管理物件，

1. 用戶部分：自主開發，指令，yum，
   

2. 用戶操作介面部分：庫函式，把系統呼叫的函式再次封裝了一遍，提供出來的函式，
   

3. system call部分：作業系統為程式員提供的介面，
   

4. 作業系統部分：記憶體管理，行程管理，檔案管理，驅動管理，
   

5. 驅動程式：網卡驅動，硬碟驅動，其他驅動，有多少種硬體就對應對少驅動，

6. 硬體部分：網卡，硬碟，其他，

5.作業系統總結

計算機管理硬體

1. 描述起來，用struct結構體，
2. 組織起來，用鏈表或其他高效的資料結構，

6.系統呼叫和庫函式概念

1. 在開發角度，作業系統對外會表現為一個整體，但是會暴露自己的部分介面，供上層開發使用，這部分由作業系統提供的介面，叫做系統呼叫，
2. 系統呼叫在使用上，功能比較基礎，對用戶的要求相對也比較高，所以，有心的開發者可以對部分系統呼叫進行適度封裝，從而形成庫，有了庫，就很有利于更上層用戶或者開發者進行二次開發，

三、行程管理

1.基本概念

1. 課本概念：程式的一個執行實體，正在執行的程式等
   
2. 內核觀點：擔當分配系統資源（CPU時間，記憶體）的物體，
   代碼如下：
   

區分程式和行程:

1. 程式:程式本質就是一個檔案，是靜態的，存盤在磁盤當中，
2. 行程:程式運行起來之后，就叫做行程，靜態是動態的，由作業系統管理，
   

2.描述行程-PCB

1. 行程資訊被放在一個叫做行程控制塊的資料結構中，可以理解為行程屬性的集合，
2. 課本上稱之為PCB（process control block）， Linux作業系統下的PCB是: task_struct，
   

1.task_struct-PCB的一種

1. 在Linux中描述行程的結構體叫做task_struct，
2. task_struct是Linux內核的一種資料結構，它會被裝載到RAM(記憶體)里并且包含著行程的資訊，

資料結構叫做雙向鏈表，

2.task_ struct內容分類

1. 行程標示符: 描述本行程的唯一標示符，用來區別其他行程，
   行程PID：在當前作業系統當中唯一標識一個行程，
   ps aux:可以查看當前作業系統中當中的所有行程資訊，

2. 行程狀態: 任務狀態，退出代碼，退出信號等，
   
3. 行程優先級: 相對于其他行程的優先級，
4. 程式計數器: 程式中即將被執行的下一條指令的地址，
   
5. 記憶體指標: 包括程式代碼和行程相關資料的指標，還有和其他行程共享的記憶體塊的指標，
   
6. 背景關系資料: 行程執行時處理器的暫存器中的資料[休學例子，要加圖CPU，暫存器]，
   
7. I／ O狀態資訊: 包括顯示的I/O請求,分配給行程的I／ O設備和被行程使用的檔案串列，
   
8. 記賬資訊: 可能包括處理器時間總和，使用的時鐘數總和，時間限制，記賬號等，
   
9. 其他資訊，
10. 程式計數器和背景關系資料，
    

3.組織行程

1. 可以在內核源代碼里找到它，所有運行在系統里的行程都以task_struct鏈表的形式存在內核里，

4.查看行程

1. 行程的資訊可以通過 /proc 系統檔案夾查看，
   
2. 大多數行程資訊同樣可以使用top和ps這些用戶級工具來獲取，
   

代碼如下：

     1	#include<stdio.h>
     2	#include<unistd.h>
     3	int main()
     4	{
     5	    while(1)
     6	    {
     7	        printf("Hello process1\n");
     8	        sleep(1);
     9	    }
    10	    return 0;
    11	}

5.通過系統呼叫獲取行程標示符

代碼如下：

     1	#include<stdio.h>
     2	#include<unistd.h>
     3	int main()
     4	{
     5	    printf("pid:%d\n",getpid());
     6	    printf("ppid:%d\n",getppid());
     7	    return 0;
     8	}

6.通過系統呼叫創建行程-fork初識

1. 父子行程代碼共享，資料各自開辟空間，私有一份（采用寫時拷貝），
   
   

代碼如下：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
    fork();
    printf("hello:pid:%d,ppid:%d",getpid(),getppid());
    printf("\n");
    return 0;
}

2. 父行程先運行還是子行程先運行？
   

3. 子行程創建出來后，代碼從哪里開始運行 ？(重點)
   

4. 運行 man fork 認識fork，
   
   

5. 如何理解行程創建？
   

6. fork有為啥兩個回傳值，一個父行程回傳子行程的PID，字行程回傳0，
   
   
   

代碼如下：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
    int ret=fork(); 
    if(ret<0)
    {
        printf("fork error!\n");
    }
    else if(ret==0)
    {
        printf("child ret:%d\n",ret);
    }
    else
    {
        printf("parent ret:%d\n",ret);
    }
    return 0;
}

7 . 我們發現子行程的PPID是父行程的PID，而父行程的PPID是bash，所以bash是所有行程的父行程，

代碼如下：

     1	#include<stdio.h>
     2	#include<unistd.h>
     3	int main()
     4	{
     5	    int ret=fork();
     6	    if(ret<0)
     7	    {
     8	        printf("fork error!\n");
     9	    }
    10	    else if(ret==0)
    11	    {
    12	        printf("i am child:%d ret=%d\n",getpid(),ret);
    13	    }
    14	    else
    15	    {
    16	        printf("i am parent:%d ret=%d\n",getppid(),ret);
    17	    }
    18	    return 0;
    19	}

這里的子行程的父行程是1號行程不是2594行程是因為子行程在列印的時候， 原先的父行程已經退出了 所以子行程被1號行程所領養了，

7.行程狀態

1.Linux內核源代碼

1. 為了弄明白正在運行的行程是什么意思，我們需要知道行程的不同狀態，一個行程可以有幾個狀態（在Linux內核里，行程有時候也叫做任務），

下面的狀態在kernel源代碼里定義：

代碼如下：

/*
* The task state array is a strange "bitmap" of
* reasons to sleep. Thus "running" is zero, and
* you can test for combinations of others with
* simple bit tests.
*/
static const char * const task_state_array[] = {
"R (running)", /* 0 */
"S (sleeping)", /* 1 */
"D (disk sleep)", /* 2 */
"T (stopped)", /* 4 */
"t (tracing stop)", /* 8 */
"X (dead)", /* 16 */
"Z (zombie)", /* 32 */
};

2.Linux狀態解讀

1. R運行狀態（running） : 并不意味著行程一定在運行中，它表明行程要么是在運行中要么在運行佇列里，
   
   有時候當我們真正運行一個程式，這個行程明明還在運行，但是我們查看行程狀態資訊時行程處于S+睡眠狀態這是為什么呢？
   
   原因是這個程式代碼中cpu訪問記憶體的效率太高，但是IO設備訪問記憶體的效率太低，導致cpu一直在等待IO設備，所以我們查看行程狀態資訊是S+狀態，
   代碼如下：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
    while(1)
    {
        sleep(1);
        printf("Hello Linux!\n");
    }
    return 0;
}

我們只要去除IO輸出陳述句那么程式就一直處于死回圈，那么行程就是運行狀態了，

代碼如下：

#include<stdio.h>
int main()
{
    while(1)
        ;
    return 0;
}

2. S睡眠狀態（sleeping): 意味著行程在等待事件完成（這里的睡眠有時候也叫做可中斷睡眠（interruptible sleep)），
   如果行程要硬碟尋找資料，但又由于速度太慢，導致行程進入休眠等待狀態，
   而在行程D被記憶體殺掉，就會導致深度休眠成為D狀態，
   

3. D磁盤休眠狀態（Disk sleep）有時候也叫不可中斷睡眠狀態（uninterruptible sleep），在這個狀態的行程通常會等待IO的結束，

4. T停止狀態（stopped）： 可以通過發送 SIGSTOP 信號給行程來停止（T）行程，這個被暫停的行程可以通過發送 SIGCONT 信號讓行程繼續運行，

使用 kill -t查看Linux作業系統的信號串列

我們發現9號信號是KILL殺死行程，19號信號是STOP停止行程，18號信號是CONT行程繼續，

如果我們在想要他換狀態，只需kill -18 行程ID就行，

在這里我們又發現這里的S+又變成了S這又如何解釋，
原因很簡單，＋號代表前臺行程，無＋號代表后臺行程，且后臺行程必須使用kill -9 行程ID才能殺死，

6 . X死亡狀態（dead）：這個狀態只是一個回傳狀態，你不會在任務串列里看到這個狀態

7. t(跟蹤狀態)當行程被gdb除錯的時候，會產生t狀態，

8.行程狀態查看

ps aux 可以查看作業系統中所有的行程資訊，

ps axj可以查看作業系統中子行程的父行程ID，

9.行程狀態轉換

總結

以上就是今天要講的內容，本文僅僅簡單介紹了Linux行程概念的前段部分的使用，而行程提供了大量能使我們快速便捷地處理資料的函式和方法，至于行程概念會在后半部分繼續講解，希望大家多多支持！另外如果上述有任何問題，請懂哥指教，不過沒關系，主要是自己能堅持，更希望有一起學習的同學可以幫我指正，但是如果可以請溫柔一點跟我講，愛與和平是永遠的主題，愛各位了，