操作系统在计算机系统中处于计算机硬件和用户之间的位置
1.信息就是 （位+上下文）
#-------> hello.c
#include<stdio.h>
int mian(){
printf("hello , world\n");
return 0;
}
/* 这个源程序实际上由0和1组成的序列，每8位为一组，称为字节
* 每个字节表示程序中的某个文本字符，现在用ASCII码来表示文本字符，就是用一个唯一的单字节大小整数值来表示1个字符
* 有ASCII字符组成的字符称为文本字符，其他的文件称为二进制文件 ,注意每个文本行都是以一个看不见的换行符‘\n’来结束的
*/hello.c说明了一个基本思想，系统中的所有信息（包括磁盘文件，程序，用户数据及网络上的数据）都是由一串位表示的。
重点：区分这些数字对象的唯一方法就是我们读到这些对象的上下文。在不同的上下文中，一个相同的字节可能表示一个整数或者浮点数或字符串等。
2.linux>gcc -o hello hello.c
为了在系统上运行hello.c程序，每条C语句都必须被其他程序转化为一系列的低级机器语言指令。
下图中从源文件到目标文件的转化是由编辑器驱动程序完成的
- 预处理 预处理器cpp根据以字符#开头的命令，修改原始的c程序，得到了另一个源程序 *.c—->*.i
- 编译 编译器ccl编译成汇编程序，汇编程序是通用的输出语言（fortra和c都生成相同的.s） *.i—>*.S
- 汇编器 as汇编器生成可重定位二进制程序， *.s—->*.o
- 链接生成可执行文件
3.处理器读取并解释存储在存储器中的指令
将可执行目标文件hello的文件名hello输入到称为shell的应用程序中，即可在unix系统上运行此文件linux> ./hello
hello, world
linux>
shell是一个命令行解释器，它输出一个提示符，等待输入一个命令行，然后执行这个命令。
1.1系统的硬件组成
总线：贯穿整个系统的一组电子管道，携带信息字节负责在各个部件之间传递。总线被设计为传送定长的字节块（字word），字中的字节数是一个基本的系统参数，现在的大多数机器字长要么是4个字节（32位），要么是8个字长（64位）。
IO设备（输入/输出）：系统与外接设备联系的通道。用户输入的鼠标和键盘、显示屏、保存数据的磁盘、其他网络类设备。
主存：一个临时存储设备，在处理器执行程序是用来存放程序和程序处理的数据。从物理上讲主存一组动态随机存储存储器（DRAM）芯片组成，从逻辑上讲是一个线性的字节数组，每个字节都有唯一的地址（数组索引）。
处理器：包括运算器和控制器，解释执行保存在主存中指令的引擎。处理器的核心是一个大小为一个字的寄存器（PC），从系统通电开始，处理器一直在不断的读取PC寄存器的指令，在更新指令寄存器。
CPU在下列指令下可能会执行的操作
- 加载：从主存复制到寄存器
- 存储：从寄存器复制到主存的某个位置，更新原来的内容。
- 操作：把寄存器的内容复制到ALU（算数逻辑单元）进行算数运算。
- 跳转：执行指令更新指令寄存器的内容。
1.2运行hello.c程序
shell是一个命令行解释器，它等待你的输入，如果输入的第一个单词不是内置shell命令，shell会认为它是一个可执行文件。
当我们敲回车时，shell执行一系列命令加载可执行程序hello，把代码和数据从磁盘复制到主存。
执行hello程序的main函数里面的机器语言指令，把“hello world”从主存复制到寄存器，从寄存器复制到显示设备。
这个示例揭示了一个重要的问题，系统花费了大量的时间进行了信息的传递。
hello程序最初在磁盘上，当程序加载时复制到主存，程序执行时指令要复制到处理器。相似的字符串“hello world”开始在磁盘，然后被复制到主存，最后从主存复制到显示设备。从程序员的角度看，这些复制就是开销，系统设计这的主要目的就是使这些复制尽可能快的完成。针对这种差异，系统设计者采用了更小更快的存储设备，称为高速缓存存储器（简称为cache或者高速缓存）。
1.3操作系统
操作系统看成是应用程序与硬件之间插入的一层软件。
所有应用程序对硬件（处理器、主存、I/O设备）的操作都必须通过操作系统。
两大基本功能：
- 防止硬件被失控的应用程序滥用。
- 向应用程序提供简单一致的机制来控制复杂的低级硬件设备。
- 操作系统通过几个基本的抽象（进程、虚拟内存、文件）来实现这两个功能。
进程：对处理器、主存和IO设备的抽象表示。
虚拟内存：对主存和磁盘和IO设备的抽象。
文件：对IO设备的抽象表示。
1.3.1进程
进程是操作系统对一个正在运行的程序的一种抽象，在一个系统上可以同时运行多个进程，而每个进程都好像在独占的使用硬件。
并发执行：一个进程的指令和另一个进程的指令交替执行。
总结：
并发是指多个线程轮流执行（单核CPU）；
并行是指多个线程同时执行（多核CPU），微观上是同时的；
串行是指一个一个的执行，处理完一个才能处理下一个，不轮换；
一个CPU并发的地执行多个进程，这是通过处理器在进程间切换实现的。操作系统这种交错执行的机制称谓“上下文切换”。
进程运行的所有状态信息称为“上下文”，单处理器只能处理一个进程，当操作系统进行进程转换时，它会保存当前进程的上下文，并恢复新进程的上下文，然后将控制权交给新进程。
两个并发进程：shell进程和hello进程
最开始shell程序在执行，等待命令行输入。 当我们让他运行hello程序时，shell通过一个系统调用执行我们的请求，系统调用将控制权传递给操作系统。操作系统保存shell的上下文，创建一个新的hello进程及其上下文，将控制权传给hello进程，hello进程结束后，操作系统恢复shell进程的上下文，并将控制权传递给它。
进程之间的上下文切换是由操作系统的内核管理的，内核是常驻内存的操作系统代码部分。当应用程序需要操作系统的某些操作时，比如读写文件，他会执行特殊的系统调用命令，将控制权传递给内核，然后内核执行请求的操作并返回应用程序。内核不是一个独立的进程。它是系统管理全部进程所用代码和数据结构的集合。
1.3.2 虚拟内存
虚拟内存是一个抽象概念，他为每一个进程提供一个假象，每个进程好像独占主存，每个进程看到的是一致的内存，称为虚拟地址空间。
- 栈区—由编译器自动分配释放，存放函数形参，局部变量和自动变量
- 堆区—用于分配由malloc、realloc、calloc分配的空间
- 数据区—该区又分为bss段，rodata段和data段：
- bss段—保存未初始化或者初始化为0的全局变量
- rodata段—用于保存常量
- data段(全局区、静态数据区)—保存初始化不为0的全局变量或者static修饰的变量
- 代码区—存放函数体的二进制代码
文件就是字节序列的容器，仅此而已。每一个IO设备，包括磁盘、键盘、显示器、甚至是网络，都可以看成是文件。系统中的所有输入输出都是通过使用一小组称为Unix I/O的系统函数调用读写文件来实现的
线程
线程：是操作系统能够进行运算调度的最小单位。是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。同一进程中的多条线程将共享该进程中的全部系统资源，如虚拟地址空间等等。但同一进程中的多个线程有各自的调用栈，自己的寄存器环境，自己的线程本地存储。多线程之间较多进程之间更容易共享数据。
并发与并行
如果某个系统支持两个或者多个动作（Action）同时存在，那么这个系统就是一个并发系统。如果某个系统支持两个或者多个动作同时执行，那么这个系统就是一个并行系统。并发系统与并行系统这两个定义之间的关键差异在于“存在”这个词。
在并发程序中可以同时拥有两个或者多个线程。这意味着，如果程序在单核处理器上运行，那么这两个线程将交替地换入或者换出内存。这些线程是同时“存在”的——每个线程都处于执行过程中的某个状态。如果程序能够并行执行，那么就一定是运行在多核处理器上。此时，程序中的每个线程都将分配到一个独立的处理器核上，因此可以同时运行。
我相信你已经能够得出结论——“并行”概念是“并发”概念的一个子集。也就是说，你可以编写一个拥有多个线程或者进程的并发程序，但如果没有多核处理器来执行这个程序，那么就不能以并行方式来运行代码。因此，凡是在求解单个问题时涉及多个执行流程的编程模式或者执行行为，都属于并发编程的范畴。
摘自：《并发的艺术》 — 〔美〕布雷谢斯