【1++的Linux】之进程（一）

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一，冯诺依曼与操作系统概念

1.1 冯诺依曼体系结构

如图所示，就是冯诺依曼体系结构，它由输入输出设备；存储器；中央处理器组成。
其中，我们常见的输入设备有：键盘，鼠标，扫描仪，网卡等。
常见的输出设备有：显示器，网卡。中央处理器（CPU）：包括运算器：算数运算，逻辑运算；控制器：控制协调。

**要注意的是：**CPU读取数据都要到内存中去读，站在数据角度，CPU不和输入设备直接打交道。对于要输出数据，也是得通过内存，因此也可以认为，外设只和内存打交道。总结就是，程序要运行，必须被加载到内存中，所有设备都直接和内存打交道。
对于不同存储设备的读取速度，我们也做如下总结：
CPU&&寄存器>内存>磁盘>光盘>磁带。

1.2 操作系统

1. 什么是操作系统？
   对于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：内核与其他程序（shell等）。
2. 操作系统的作用？
   与硬件交互，管理好软硬件资源，从而为用户提供一个好的环境。因此也可以称其为一款”搞管理“的软件。
3. 操作系统是如何进行管理的？
   我们以一个学校的简化版为例。
   我们有角色：校长（管理者），辅导员（驱动程序），学生（被管理对象，硬件）。校长不一定要直接去管理学生，而是通过辅导员而去间接的进行管理。那么校长靠什么去做相应的决策呢？最方便，高效的就是通过辅导员拿到学生的数据，从而进行管理，也就是说，管理者管理的是被管理者的数据。那么由于学生太多，产生的数据也过多，因此为了方便管理，我们要对学生进行描述，根据描述类型，定义为对象，这类似于我们C语言中的struct结构体，为了管理，我们还需将这么多对象用数据结构将其组织起来，方面我们的增删查改。
   这就是操作系统进行管理的原理。
   总结就是：先描述，后组织！

二，进程的基本概念

什么叫进程呢？
正在执行的程序或者可以说是担当分配系统资源的实体。
在第一小节我们说过，操作系统进行管理的手段是：先描述后组织。对于进程的管理也是这样的，先对进程进行描述，然后将其信息放在一个叫做进程控制模块的数据结构中。我们称之为PCB，在Linux中，叫做task_struct。
task_struct是Linux内核的一种数据结构，它会被装载到内存里并且包含着进程的信息。
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。

task_struct中有什么？

1. 标示符: 描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。
2. 状态: 任务状态，退出代码，退出信号等。
3. 优先级: 相对于其他进程的优先级。
4. 程序计数器: 程序中即将被执行的下一条指令的地址。
5. 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
6. 上下文数据: 进程执行时处理器的寄存器中的数据。
7. 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。
8. 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。
9. 其他信息

除了操作系统创建的第一个进程外，所有进程都有其父进程。不一定有子进程。下面来讲一讲如何创建一个进程。
在创建进程前我们先来学习如何查看进程。
命令ps -选项 就能够查看进程，具体如下。
“-j” 选项表示以详细的格式显示进程信息
“-a” 选项表示显示所有用户的进程
“-x” 选项表示显示没有控制终端的进程
-w 显示加宽可以显示较多的资讯
-au 显示较详细的资讯
-aux 显示所有包含其他使用者的进程
演示如下：

接下来我们对这段命令进行剖析：ps aux | head -1 是将其头部份显式出来；&&是与的意思，只有第一条命令执行完了，才能执行第二条命令；ps aux | grep test3是将test3中的所有进程显式出来;grep -v grep由于grep命令本身在执行时也是进程,所以这段命令是不限grep进程。

讲了如何查看进程，接下来我们学习如何创建进程。
通过系统调用函数fork()来创建进程。
和我们平常所认识到的不一样的是，fork()有两个返回值,其代码是父子共享的，但其会各自开辟空间。
先演示，用结果说话！

或许大家会有疑问，为什么会有两个返回值？

在fork()后，会产生两个执行流，并且这两个执行流的执行先后顺序是不确定的，谁先才运行队列就谁先执行。因此看似有两个返回值，其实是同一份代码，被执行了两次，并且返回值不同罢了。
这时操作系统就会讲这个新产生的task_struct链接到其链表中。因此，我们可以推出，进程的调度就成了在task_struct链表中选择一个进程。