操作系统 - 进程

操作系统

 

操作系统是一个软件
 
用途 ：管理
 
1.对下 ：管理硬键设备

2.对上 : 为软件提供稳定的运行环境

 

进一步来说 ： 操作系统是软件 硬件 用户之间交互的媒介 .

 

我们最熟悉的操作系统就是我们的Windows ，因为我们的电脑差不多都是这系统， 除了 windows 还有 Linux 关于 Linux 算是我们的必须要掌握的系统了 ， 它特别适合我们进行开发和项目部署.
 
另外还有土豪标配的 苹果电脑使用的系统Mac

另外 小扩充一下 ： Android 本质上就是我们的Linux , ios 和 Mac 同宗同源.

 

下面来看一下我们的操作系统的定位 ：
 

1.操作系统的定位

 
之前说过操作系统做两件事
 
一 ： 管理硬件设备（ 看的到摸得到 好理解 ）

二 ：为软件提供稳定的运行环境 ，这句话想要理解就不得不谈到操作系统的进程管理。
 
下面就来学习一下啥是进程

 

2.进程

 
进程 ： 简单来说就是一个跑起来的程序，就是一个进程

 
这里我们就启动了idea ，此时他就相当于一个进程 。

 
下面我们就来看一下我的电脑有哪些进程

重点 ： 进程是操作系统资源分配的基本单位

 
这里就对进程有了基本的了解， 但还不够，下面我们继续.

 
进程是一个重要的 资源管理 ， 是由操作系统内核负责管理的 。

 
那么操作系统是如何管理的呢 ？

 
答案 ： 描述 + 组织
 
描述 ： 主要是讲清楚都有那些属性和特征 。
 
这里使用结构体(c语言的结构体) 来描述进程属性 , 另外用来描述进程的这个结构体 ，被称为 PCB ( process control block - 进程控制块进程控制块)

 
组织 ： 通过一定的数据结构将多个这样的基本单位给串起来 。

组织使用的数据结构是双向链表，用双向链表键 多个PCB 给串到一起 。

创建一个进程 ， 本质上就是船舰一个 PCB 这样的结构体对象，把它插入到链表中。

销毁一个进程，本质上就是把链表上的PCB 节点删除掉

任务管理器查看到的进程列表，本质上就是遍历整个PCB链表.
 

下面来了解一下 进程(PCB) 的一些属性/ 特征 ：
 

2.1 PCB的一些属性

 
1.pid进程的身份标识符 (唯一的数字)

 
这里通过任务管理器同样是可以看到的

这些 进程的 pid 可以说是 进程的身份证号。其目的：就是为了区分进程。

 
2.内存指针 ：
 
操作系统会给我们的进程分配一定的系统资源，这里最主要的就是内存， 内存指针就相当于划分了边界，表明了这一块内存是我们的， 相当于国家与国家的边界。

 
3.文件描述符表 ：

 
硬盘上的文件等其他资源

这里内存指针和 文件描述符表 就描述了进程持有了那些硬件资源 。

 
补充 :

这里我们的硬盘资源 ， 内存 ，硬盘 网卡 都比较好分 ，但是 CPU资源就不好分， 我们电脑上进程是有很多的， 几百个，但CPU就只有那么几个(多核CPU)，

 
另外这里给不同进程安排时间就是进程调度 ，总的来说进程调度就是时间管理 ， 这里根据上面的海王的例子来理解.

 

2.3 进程调度相关属性 ：

 
进程的状态 ：
 
这里的状态就描述了当前的进程接下来改如何去调度,。

 
三种重要状态

1.就绪 状态

2.运行状态 ： 正在CPU上执行的状态

就绪和运行很多操作系统都不会明确区分开来，所以可以看成一个，也可以分成两个。

3.阻塞/休眠 ,此时处于这种状态CPU就不会执行当前的进程

 
继续采用上面的海王例子， 正常情况下，我们的时间安排的非常合理 ， 我们能够让 三个女朋友随叫随到 ，

但有一天女友B被他的父亲叫去管理公司产业 1个月，此时女友B是不是就处于了阻塞状态，我们就可以不用去安排陪她的时间 了，也就不用去调度了，
 
如果进程处于阻塞状态 那么此时的进程就可能再进行密集的IO操作读写操作。

 
优先级 ：

 
优先级也非常好理解 ：

举例 ： 再高中我们都肯定都有喜欢的课程， 那么是不是就会先去安排做那门课相关的作业，或多刷有关于这门课的题目， 此时这门课的优先级友高
 
进程也一样，优先级高的就优先给他排给他资源，一些不那么重要的就最后排。
 
同样海王的例子也可以举例， 比如我最喜欢女友C 谁叫人家身材好呢，那么我们是不是就可以优先将时间排给 （星期一 ， 星期二 ， 星期三 ）女友C ，然后是（星期四 ， 星期 五） 女友A ， 最后是 B （星期 六, 星期天 ）。

 
上下文 :

还是拿海王的例子来 举例 ：

有一天 女友A 与海王说 下次见面我想要你给我买一个包包 , 此时我们答应了，

过了几天，我们陪女友C ，然后女友C 说 下次见面想你带我去游乐场玩一天，此时我们也答应了，

但是因为有了两个请求一个 买包包一个去游乐场玩，但是作为初级海王的我给弄叉了， 把女友A带去了游乐场， 把包包送给了女友C，此时不就露馅了吗，

 
高级的海王是不会有这种低级的错误的， 他们都会有一个小本本，每次都会记录一下每次约会后的小细节，下次再约会的时候是不是就可以通过小本本快速恢复到之前的状态。
 
所以上下文总的来说就是操作系统再进行进程切换的时候，就需要把进程执行的 中间状态 记录下来，保存好

 
这里也可以理解未 存档 和读档 ，所以上下文本质上就是你存档的内容.
 
扩展 ：
 
更细节点来说进程的上下文就是CPU 中的各寄存器的值

寄存器 ： CPU内置的存储数据模块 保存的就是程序运行过程中的中间结果 ，

保存上下文 ： 就是把这些CPU 寄存器的值记录保存到内存中(PCB中)

回复上下文 ： 就是把内存中的这些寄存器值恢复回去.

 
记账信息 ：
 
还是用我们的好朋友的例子 ： 还是这个海王他已经与 ABC相处了一段时间。

他有一个小习惯 ， 每隔一段时间 做一个总结 ，统计一下，一个月内再每个人身上大概花费了多少精力。

假设 A 陪了 10 天 ， B陪了 5天 ， C 陪了 15天，那么他发现，这个月陪B的天数有点少了， 下个月多陪陪她，防止人家的好感度降低最后不和我们谈了
 
这里就需要始终保持一个合适的尺度，不能太远也不能太近.

 
总的来说记账信息就是统计了每个进程，都分别被执行了多久，分别都执行了那些指令。分别都排队等了多久了…

这里记账信息就可以统计每个进程当前再CPU的资源，然后再根据这里面的统计结果，来去对那些分配特别少，特别不均衡的进程，再去做出一些补偿。

 
最后来看一下我们的内存管理 ：

 
上面我们一直将的进程调度， 知道了进程调度主要是如何去将CPU资源分配给各个进程， 但我们的电脑上除了CPU还有其他的资源，典型的就是我们的内存资源，那么内存资源又是如何进行分配的呢 ？ 这里就需要要学习一下我们的下一个话题 虚拟地址空间

 

虚拟地址空间
 
在我们的程序中所获取都的内存地址， 并非真实的物理内存的地址，而是经过一层抽象出来的地址
 
如果学过c语言的同学， 肯定知道指针， 指针所指向的内存地址就是虚拟的内存地址，并非真实的物理内存地址

 
这里补充一下内存是一个啥东西 ：

就拿我们的宿舍楼来举例 ，在宿舍楼的每一层会有很多的房间，每一个房间就是一个宿舍，每一个宿舍上面拥有房间编号，如 101 ， 102 等，我们通过这些编号快速定位到房间如外卖送饭上楼假设我在 9栋102，那么地址就可以添 9栋102那么就能直接送过里， 这里的房间编号就相当于地址

 
内存 ：在物理上就是一个内存条， 里面可以存很多数据

 
物理地址 ：

 
为啥使用虚拟地址空间 :

 
总结 ： 虚拟地址空间 ，主要就是为了避免进程之间相互产生影响.

到这还没完 ，这里通过虚拟地址空间将进程进行了隔离，但是我们进程之间需要进行数据交互(相互配合) 呢 ？

这里就不好办了， 这里我们就需要再隔离性的基础上，开一个口子。
 
这口子咋开呢 ？ 其实很简单，就那我们现在的外卖来说，因为我们的疫情吗，我们可以选择无接触拿外卖， 相当于我们叫外卖小哥将我们的外卖送到一个指定的地方，我们自己去拿，这里指定的地方就是一块公共的空间，进程A可以将数据放在这里，等进程A放完，进程B就可以去拿，此时进程A和B就不用碰面也能拿到数据，这里就完成了交互过程，这样的操作就被称为进程间通信.
 
现在最主要使用的 进程间通信 方式，有两种：

1.文件操作 ：

2.网络操作 ：

 

本文小结

 
1.操作系统 ， 定位 , 结构

结构 ： 应用程序 ，系统调用(操作系统给应用程序的API ) ， 内核 ，驱动， 硬件设备.

 
2.进程 (重点)
 
跑起来的程序就是进程
 
操作系统就需要管理很多进程

如何管理？
 
描述 (PCB) + 组织 (双向链表)

 
PCB 相关属性 ：

1.pib

2.内存指针

3.文件描述符

4.进程调度的属性 ：状态 ， 优先级 ， 上下文 ，记账信息

 
另外 ： 进程调度本质上是要解决 狼多肉少的问题 ，让大量的进程可以在少数的 CPU 上同时运行 . --> 可以想到我们海王的例子来记忆

 
最后扩展了一下 进程的虚拟地址空间

关于虚拟地址空间主要解决的进程之间因为某种原因导致出现bug，使原本进程1的bug 影响到了进程2 导致进程2崩溃。
 
通过虚拟地址空间使用进程之间隔离开，如果需要进程之间进行数据交互就需要使用到进程间通信.

 
下文预告 多线程