生活中大部分的计算机,服务器都遵守冯诺依曼体系。
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目前所认识的计算机,都是有一个个的硬件组件组成
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输入单元:包括键盘, 鼠标,扫描仪, 写板等
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中央处理器(CPU):含有运算器和控制器等
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输出单元:显示器,打印机等
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这里的存储器指的是内存
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不考虑缓存情况,这里的CPU能且只能对内存进行读写,不能访问外设(输入或输出设备)
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外设(输入或输出设备)要输入或者输出数据,也只能写入内存或者从内存中读取。
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所有设备都只能直接和内存打交道。
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输入设备:键盘、网卡、磁盘、话筒……
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CPU:运算器和控制器
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输出设备:显示器、网卡、磁盘、音响……
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输出设备和输入设备统称为外设
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存储器:CPU和所有外设的缓存
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冯诺依曼规定了硬件层面上的数据流向
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可执行程序运行时必须先加载到内存(冯诺依曼规定)
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在数据层面:CPU并不和外设打交道,外设只和内存打交道
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QQ中传递文件:输入:磁盘、输出:网卡 、输入:网卡、输出:磁盘
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QQ中聊天:输入:键盘、输出:网卡 、输入:网卡、输出:显示器
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内核(进程管理,内存管理,文件管理,驱动管理)
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其他程序(例如函数库,shell程序等等)
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可以减少用户使用计算机的成本
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对下管理好所有的软硬件,对上给用户提供一个稳定高效的运行环境(软件:进程管理、文件管理、驱动管理…… 硬件:磁盘、网卡、显卡、内存……)
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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
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硬件部分遵守冯诺依曼体系
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OS不信任任何用户,任何对系统硬件或者软件访问,都必须通过OS的手
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计算机体系是一个层状结构,任何访问硬件或者软件的行为,都必须通过OS接口,贯穿OS进行访问
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库函数:语言或者第三方库(第一方:系统的、第二方:自己的,其余是第三方的)给我们提供的接口
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系统调用:OS提供的接口
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描述起来,用struct结构体
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组织起来,用链表或其他高效的数据结构
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操作系统是进行软硬件资源 管理的软件( 其中管理的本质是先描述在组织(是对数据的管理))
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管理分为三种:管理者、执行者、被管理者(eg管理者为OS、执行者为驱动程序、被管理者为底层硬件)
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系统调用把应用程序的请求传输给系统内核执行
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系统调用函数的执行过程应该是由用户态变为内核态(又称系统态)
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利用系统调用能够得到操作系统提供的多种服务
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是操作系统提供给编程人员的接口
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系统调用给用户屏蔽了设备访问的细节
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系统调用保护了一些只能在内核模式执行的操作指令
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read是系统调用不是库函数
课本概念:程序的一个执行实例,正在执行的程序等
内核观点:担当分配系统资源(CPU时间,内存)的实体。
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task_struct是Linux内核的一种数据结构,它会被装载到RAM(内存)里并且包含着进程的信息
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标示符: 描述本进程的唯一标示符,用来区别其他进程。
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状态: 任务状态,退出代码,退出信号等。
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优先级: 相对于其他进程的优先级。
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程序计数器: 程序中即将被执行的下一条指令的地址。
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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
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上下文数据: 进程执行时处理器的寄存器中的数据
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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。
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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。
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在编程语言中:顺序语句、判断语句、循环语句
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CPU中有一种寄存器叫pc指针(也称EIP),它是用来记录正在执行指令的下一条指令的地址
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CPU中运行的代码都是进程的代码
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当一个进程在运行中,因为某些原因,需要被暂时停止执行,让出CPU,需要进程保存( 保存的目的是为了恢复)自己的所有的临时数据( 最重要的是进程的上下文数据)
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在每个CPU中都有一个运行队列,其中运行队列中的进程都是处在运行状态的(CPU是选择性的调度)
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OS可以一次跑起多个程序,并且OS要管理起来这些运行起来的程序,OS要对进程进行管理
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OS对进程的管理转化成为了对进程信息的管理,先描述再组织,对进程的管理转化为对双链表的增删查改
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进程=你的程序+内核申请的数据结构(PCB)
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优先级的本质是在资源(CPU、网卡、显卡、磁盘……)有限的前提下,确立谁先访问资源,谁后访问的问题
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进程放在CPU上之后,不是一直在运行直到进程运行结束,每个进程都有一个运行时间单位——时间片
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一般进程让出CPU:一种是来了一个优先级更高的进程(OS必须支持抢占);另一种是时间片到了
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单CPU,单核:跑起来多个进程,通过进程快速切换的方式,在一段时间内,让所有的进程代码都得到推进——并发
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多CPU,多核:任何时刻,允许多个进程同时执行——并行
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进程在CPU上运行时,会有很多寄存器上的临时数据——上下文数据
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系统感知进程的唯一实体是PBC(进程控制块)
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)。
操作系统是进行软硬件资源管理的软件
通过系统调用创建进程-fork
(新群,火热加群中……)