冯诺依曼体系结构、进程、环境变量

一、冯诺依曼体系结构

1、结构图

2、示例

• 存储器：内存。
• 输入设备：键盘、摄像头、话简、磁盘、网卡等等。
• 输出设备：显示器、音响、磁盘、网卡等等。
• 运算器：算术运算、逻辑运算等等。
• 控制器：使CPU具有可以响应外部事件的功能，即协调外部就绪事件，如拷贝数据到内存或者从内存中拷贝数据出去。

3、CPU与数据

• CPU读取数据（数据+代码）需要从内存中进行读取，即站在数据的角度来看，CPU不和外部设备（输入或输出设备）直接进行交互。
• CPU处理数据（数据+代码），需要先将数据从外部设备加载到内存，即站在数据的角度来看，外部设备只和内存直接进行交互。

二、进程

1、概念

• 一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动，它是操作系统动态执行的基本单元，担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体。在传统的操作系统中，进程既是基本的分配单元，也是基本的执行单元。
• 进程信息被放在一个叫做进程控制块的数据结构中，它是进程属性的集合，可以称之为PCB（process control block），在Linux操作系统下，PCB是一个名为task_struct的结构体，它会被装载到RAM（内存）里。

2、查看进程

（1）通过/proc系统文件夹

• 被圈中的每一个数字都代表一个进程。

（2）通过top和ps用户级工具

• ps一般搭配管道命令|和grep使用，筛选出想要查找的进程。当进程（程序执行）存在，将输出进程信息。

（3）通过系统调用

• getpid是获取当前进程的进程号，getppid是获取当前进程父进程的进程号。

3、通过系统调用创建进程

（1）fork函数

pid_t fork(void)

（2）fork函数功能

• 创建一个子进程，并将子进程的进程号返回给它的父进程（执行fork的进程），返回0给自己。
• 创建出来的子进程和父进程共用一份代码，各自开辟空间存储数据（采用写时拷贝）。

（3）示例

4、进程状态

（1）进程状态的概念

• R运行状态（running）：处于此状态的进程并不意味着它一定在运行中，只是表明进程要么是在运行中，要么在运行队列里。
• S睡眠状态（sleeping）：也叫做可中断睡眠（interruptible sleep）状态，处于此状态的进程意味着它在等待某个事件的完成。
• D磁盘休眠状态（Disk sleep）：也叫做不可中断睡眠（uninterruptible sleep）状态，处于此状态的进程通常会等待IO的结束。
• T停止状态（stopped）：可以通过发送 SIGSTOP 信号给进程来停止进程。这个被暂停的进程可以通过发送 SIGCONT 信号来让进程继续运行。
• X死亡状态（dead）：这个状态只是一个返回状态，用户不会在任务列表里看到这个状态。

（2）示意图

5、Z(zombie)僵尸进程

（1）僵死状态（Zombies）

• 一个比较特殊的状态，当进程退出并且它的父进程没有读取到子进程退出的返回代码时，就会产生僵尸（死）进程。即只要子进程退出而父进程还在运行，但父进程没有读取子进程的退出状态时，子进程就会进入Z状态。
• 僵尸进程会以终止状态保持在进程表中，并且一直在等待父进程读取退出状态代码。

（2）示例

• 第一张图片为测试的代码。
• while :; do ps -al | head -1 && ps -al | grep test; sleep 1; echo “---------------”; done的作用是循环输出进程的信息。

（3）显示进程头部部分代表的意思

• UID：执行者的身份。
• PID：本进程的代号，即进程号。
• PPID：本进程是由哪个进程发展/衍生而来的，即父进程的代号。
• PRI：本进程可被执行的优先级，其值越小越早被CPU执行。
• NI：本进程的nice值，即优先级的修正数值。

（4）危害

• 如果父进程一直不读取子进程的退出信息，那子进程就会一直处于Z状态。
• 进程在Z状态一直不退出，PCB就要一直维护。
• 内存资源的浪费，即内存泄漏。

6、孤儿进程

（1）概念

如果父进程退出，而它的子进程依然存在，则此时的子进程就称为孤儿进程。这个孤儿进程会被1号init进程（系统本身）领养，即1号init进程将等待被它领养的孤儿进程退出并回收它。

（2）示例

三、进程优先级

1、概念

• CPU资源分配的先后顺序，就是进程优先级（priority）的体现。
• 优先级高的进程有被CPU优先执行的权利，配置进程的优先级和把进程运行到指定的CPU上，即把不重要的进程安排到某个CPU上执行，可以改善系统整体的性能。

2、查看系统进程

3、PRI和NI

• PRI值越小越快被CPU执行，当加入nice值后，PRI变化为：PRI(new)=PRI(old)+nice。
• PRI(old)是进程最开始的优先级，即每次设置优先级时，都要以进程最开始的优先级为基础去设置。
• 当nice值为负值的时候，该程序优先级的值将变小，而优先级将变高，即其越快被CPU执行，反之，越慢被CPU执行。
• 在Linux下，调整进程优先级，就是调整进程的nice值。而nice的取值范围是-20至19，一共40个级别。
• 进程的nice值不是进程的优先级，而是影响进程优先级的变化。

4、更改已存在进程的nice值

输入“top”命令
进入top后按“r”–>输入欲修改nice值的进程PID–>输入修改后的nice值。

5、示例

四、关于进程的其他概念

• 竞争性：系统进程数目众多，而CPU资源只有少量，甚至只有1个CPU，所以进程之间是具有竞争属性的。而为了高效完成任务和更合理地竞争相关资源，就有了优先级的存在。
• 独立性：多进程运行时，各个进程需要独享各种资源，即在这期间，各进程互不干扰。
• 并行：多个进程分别在多个CPU下同时运行。
• 并发：多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式执行各个进程，即在一段时间之内，让多个进程都能被执行。

五、环境变量

1、概念

在操作系统中用来指定操作系统运行环境的一些参数，通常具有某些特殊用途和全局特性。

2、常见环境变量

PATH：指定命令的搜索路径。
HOME：指定用户的主工作目录，即家目录。
SHELL：当前使用的Shell，通常是/bin/bash。

3、与环境变量相关的命令

• echo：显示某个环境变量值。
• export：设置一个新的环境变量。
• env：显示所有环境变量。
• unset：清除环境变量。
• set：显示本地定义的shell变量和环境变量。

4、查看环境变量的方法

• echo $NAME
• NAME为欲查看的环境变量的名称。

5、示例

• export定义的环境变量会在重启或退出登录时失效。

本文到这里就结束了，如有错误或者不清楚的地方欢迎评论或者私信
创作不易，如果觉得博主写得不错，请务必点赞、收藏加关注