冯诺依曼结构和操作系统的理解

在正式讲解进程之前，需要先铺垫一些基本知识. 

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冯诺依曼结构

操作系统

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冯诺依曼结构

这个名词相信大家非常熟悉，我们常见的计算机，如笔记本。我们不常见的计算机，如服务器，大部分都遵守冯诺依曼体系。

这张图：

 到现在，我们所知道的计算机，都是由一个个硬件组成的.

输入单元：包括键盘, 鼠标,摄像头,网卡,写字板等

存储器：内存
中央处理器(CPU)：含有运算器和控制器等

(运算器：算术运算(1+1=2)，逻辑运算(if语句...）

控制器：CPU可以相应外部事件，协调外部事件就绪，比如拷贝数据到内存）
输出单元：显示器，音响，网卡，打印机等

根据图我们还知道：

CPU读取数据(数据+代码) 都是要从内存中读取。站在数据的角度，我们认为CPU不直接和外设交互.
CPU处理数据，必须先将外设的数据加载到内存。站在数据的角度，我们认为外设也只直接和内存交互.

总结：所有设备都只能和内存打交道。

所以这个时候相信大家都能理解为什么程序要运行，必须要先加载到内存里.

因为CPU只能直接和内存交互.

我们不仅要了解这张图，更要了解实际过程中是数据如何流向的.

请解释，从你登录上qq开始和某位朋友聊天开始，数据的流动过程。从你打开窗口，开始给他发消息，到他收到消息之后的数据流动过程。

 它们也是严格遵守冯诺依曼结构的.

如果改成发文件呢？

无非是自己这端 输入设备从键盘变成了磁盘，对端的最后 输出设备从显示器变成了磁盘.

操作系统

以上都是从硬件结构讲解的，那么现在该说说软件了.

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(OS)。笼统的理解，操作系统包括：

内核（进程管理，内存管理，文件管理，驱动管理）
其他程序（例如函数库，shell程序等等）

 这是一个计算机大致组成，可以看到，

操作系统被设计的目的：

与硬件交互，管理所有的软硬件资源.
为用户 程序（应用程序）提供一个良好的执行环境.

在整个计算机软硬件架构中，操作系统的定位是：一款纯正的“搞管理”的软件.

如何理解"管理"呢？

在大学，我们知道有校长，辅导员与学生之分。我们从管理角度来说，校长就是管理者，我们学生就是被管理者，如果我们挂的科目很多，校长不需要和我们见面，直接看着数据便可以对我们进行决策处置。这说明：拿到被管理者的核心数据，来进行支持管理决策才是最重要的. 当然虽然可以对我们进行决策处置，但总要有一个执行者，来执行校长的命令，那这就是辅导员了，充当一个执行者的身份.

对比操作系统中，操作系统就是校长，驱动程序就是辅导员，那些底层硬件就是学生.

总的来说，管理是对被管理数据对象数据的管理.

 

但是如果有很多学生，数据非常多而乱，就算只拿到数据想处理好也不太实际，所以我们可以把它组织起来.

我们可以单独对每个学生定义一个结构体，存放该学生的相关信息。然后假设有5000名学生，实则开一个大小为5000的结构体数组即可.        

然后假设此时想开除3个分数最低的学生，那我们需要找出这个3个分数最低的学生，然后我们设计一个排序算法，找出来之后，然后让它离校就可以了吗？

我们还需要把这3名学生的数据删除，数据库里没这3名学生的信息了，然后辅导员让其离校，这样就算成功开除了.

总结下来：先对被管理对象进行描述，再根据描述类型，定义对象，把对象组织称数组----------------->对学生的管理工作，变成了对数组的增删查改！

对学生做管理，抽象成对数据做管理，但数据量大需要组织起来，又回到了我们刚才所讲的先描述，再组织！

描述每个学生.

再组织起来 

 

记住这六字真言！这就是我们管理的核心思路.

我们这样就理解大致的概念.

下面接着以银行管理为例子，进行深入理解操作系统上层和下层.

比如银行中会有一些基础设施，例如桌椅，宿舍，电脑设备等等，然后每个设施会有一个专门的人员来管理它，这些人又受行长管理。比如某个桌子坏了，那个对应负责人便可以报告行长，行长便可以根据这些数据决定是否购买新桌子.

行长便可以类比于这个操作系统.这个和刚才上面说的类型.

 但是我们发现银行很多都是柜台操作的，是封装好的，不能直接让客户直接使用银行里的电脑.而是通过专员操作.所以我们是不能直接把内部暴露给客户的.

上面的专员相当于操作系统向上的提供的系统接口.

 

 由于LINUX是用C语言写的，所以这些系统接口相当于就是C语言提供的函数！

还是拿银行为例，这个时候来了一个不识字的人，来到柜台前，由于柜台人员说什么都听不懂意思，所以这个时候变设立了一个服务层，只要你把资料都给我，我就可以帮你把这些事情办了.

这个服务层便相当于是操作系统中的用户接口：例如我们的图形化界面，以及shell外壳，第三方库等等，这些都是更近一步方便我们用户操作的，现在相信很多人都不会用晦涩难懂的系统接口吧.

说到这，其实可以无限套壳，总之肯定越套，会让人使用的更加方便. 

也就是说：

在开发角度，操作系统对外会表现为一个整体，但是会暴露自己的部分接口，供上层开发使用，这部分由操作系统提供的接口，叫做系统调用。
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，有心的开发者可以对部分系统调用进行适度封装，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。