Linux操作系统---进程1

冯诺依曼体系结构

我们常见的计算机，服务器大多都遵循冯诺依曼体系

输入设备：键盘，磁盘（写过程），话筒，摄像头，，，
输出设备：显示器，磁盘（读过程），音响，，，，
存储器：内存
运算器和控制器：CPU；

对于冯罗依曼体系：
大致过程：输入设备把数据加载到内存中，CPU从内存中读取和处理数据，然后再返回内存，输出设备再从内存中读取。
所有的外设都不和CPU直接交互，而是与内存直接交互。
为什么呢？ CPU速度太快（纳秒级别），设备（秒级别）

帮助理解：CPU是一个年轻力壮的青年人，一秒可以搬1000快砖，而外设是一个年迈的老人，一秒只能搬一块砖。
如果CPU和外设直接打交道会出现：大爷，您快点搬砖啊，我都等不及了。
但是他们不直接交互：老人搬砖放到一块空地上（内存），年轻人一看空地上才这么几块砖，我再喝几口
可乐先，等砖多了直接一口气搬完。(这样的话，效率就大大的提升了)

操作系统详解

1，什么是操作系统：是一款专门针对软硬件资源管理的软件。
2，目的：对上：为用户提供良好的运行环境
对下：管理好底层的软硬件资源。
3，OS如何做到底层管理呢？
这个问题先看一张图

操作系统要做到管理：首先要做到对底层的硬件的数据要进行聚合（把一个个硬件的数据聚合后变为一个个的结构体）
对硬件的管理不就是变成了对数据结构的增删查改吗？

总结操纵系统管理核心：1，先描述 2 再组织

详解上图的系统调用接口：就是OS系统提供的接口（也就是函数）
有什么用呢？ OS是不信任任何用户的，为什么呢？ 如果一个人直接用指令去对OS进行操作，不合适的操作不就让OS直接挂了吗
所以这里操作系统提供接口的目的是为了保护自己。（例如你去银行的ATM取钱，不是让你直接里面拿钱，而是经过插卡，密码等等步骤
，，，，才取出钱，，）
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，有的大佬
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。
也就是用户指令可以通过这些库直接去调用系统调用接口

举例：c语言中的printf（）函数是如何将数据输出到显示器的呢？就是这样一步步贯穿执行的。

进程

什么是进程：被加载到内存中的程序（书本上）
进程的代码和数据+ 相关的数据结构（从内核角度出发，Linux下是task_struct）

操作系统如何管理进程呢？ 先描述，再组织。
如何描述：PCB（进程控制块，Linux是task_struct），本质是一个结构体。
也就是说，任何进程在创建之前，都要创建PCB，它基本上包含进程的所有属性。
所以有了PCB，对进程的管理任务与进程对应的程序毫无关系，OS直接去管理PCB
如何组织：对数据结构的操作。
曾经启动程序的过程，本质都是在系统中创建进程。

PCB有什么呢？
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
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.

对于
标识符：
pid相当于是名字一样，ppid是父进程id

退出码查看指令
echo $?

详细说一下上下文：目的是让你去做其他事情，但不耽误当前的事情

一个进程在运行的时候不会在很短的时间内运行，如果有多个进程呢？ 其实大多数的操作系统
在运行进程的时候都是切换的，规定每个进程单次运行的时间片。（为了均衡CPU资源）

进程在运行期间是有切换的，那么产生的临时数据呢？ 运行了一次，由下一个进程来运行，那么运行出来的临时数据放在那里呢？
其实存放在寄存器中。但是CPU只有一套，寄存器有限，所以当运行该进程的时候，临时数据存放于寄存器中，
如果该进程不执行了，轮到下一个进程了，该进程的PCB就会存放这些数据(可以理解为PCB结构体里面创建一个结构体放这些数据)。

fork()函数

fork（）函数是创建子进程。

方便理解：把管理PCB的数据结构假设为队列

进程的状态信息：R 运行状态，不一定占有CPU（因为进程在运行的时候是切换的，当它不运行的时候，可能是运行队列中等待）
D，S：当我们要完成某种任务的时候，任务条件不具备，需要等待就绪。
D：深度睡眠，不可中断，不可杀掉
S：浅度睡眠，可中断。
T：暂停态
X：死亡状态，回收进程资源 （父进程回收子进程）
Z：僵尸状态 进程执行完后，不会直接进入死亡状态，而是要判断死亡原因，返回进程的退出信息
，判断出执行完的原因（例如非正常退出，因为错误退出，，，等等），然后再进入死亡状态回收。
如何产生的呢？ 当子进程执行完后，父进程没有读取到退出信息，子进程就不能回收，这个时间段就是僵尸进程。
有什么危害呢？ 内存泄漏，浪费CPU资源，

测试一下3种状态：R S Z
kill -l 查看操作进程的编码

如何进入僵尸进程：
子进程执行完后，父进程还没有检测回收。这个时间段就是僵尸进程

int main()
{ 
      int ret = fork();
      if(ret == 0) //子进程
      {
        cout << "I am a child process"  << endl;
        cout << getpid() << endl;
        exit(-1);//子进程输出一句话然后立刻退出
      } 
      else
      {
        while(1)
        {
          cout << "I am a parent child" <;
          sleep(20);
        }

      }
      return 0;
}

什么是孤儿进程
父进程执行完退出后，子进程没有执行完。 这时候子进程就是孤儿进程。
但是子进程都会由1号进程领养。（并不会浪费资源，因为init进程会回收）

进程的优先权

什么是优先权？ 也就是CPU分配资源的顺序。
为什么存在优先权呢？把重要的进程优先运行，不重要的进程后运行，这样可以提高系统性能。

ps -l 显示进程新消息
PRI 进程优先级，越小，越先被执行
NI nice值，范围是 -19 – 20 ，表示进程可被执行的优先级的修正数值。PRI（old） = PRI（new） + nice ；
为什么nice值是很小的范围呢？ 优先级是一个相对较小的范围，是相对优先，不能出现绝对优先，不然有的
进程得不到CPU资源（“饥饿问题”）。
其中调度器的功能就是来让进程均衡CPU资源的

如何修改PRI呢？ top --> r ->pid --> nice
nice的范围都是-19 — 20 超过范围都取最大或者最小。

进程的其他特点

竞争性: 系统进程数目众多，而CPU资源只有少量，甚至1个，所以进程之间是具有竞争属性的。为了高
效完成任务，更合理竞争相关资源，便具有了优先级
独立性: 多进程运行，需要独享各种资源，多进程运行期间互不干扰
并行: 多个进程在多个CPU下分别，同时进行运行，这称之为并行
并发: 多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式，**在一段时间之内，**让多个进程都得以推进，称之为
并发