Linux操作系统基础(了解操作系统，操作系统的管理，进程详解)

我们常见的计算机，大部分都遵守冯诺依曼体系。

1. 输入设备：键盘，鼠标，摄像头，麦克风，网卡，硬盘等
2. 存储器：内存（掉电易失性存储介质）
3. 中央处理器：
   - 运算器：算数运算，逻辑运算
   - 控制器：控制电路信号（非数据性，什么时候该进行什么操作，进行操作的时间）

输出设备：显示器，声卡，喇叭，硬盘

从数据信号看，cpu不和输入输出设备交互。

• cpu 寄存器：纳秒
• 内存：微妙
• 硬盘：毫秒

1. 距离cpu越近存储效率越高，成本越高，且容量比较小。
2. 出于成本和效率，一般由快的设备给慢的设备做缓存。

输入输出设备距离cpu远，所以一般由内存作为缓冲区实现预加载与预写入。
这一些列操作都是计算机操作系统（os）帮我们做的。

当登上qq和某位朋友开始聊天，发消息的数据流动过程：
我：输入设备(键盘)——>存储器——>cpu封包——>存储器——>网卡
朋友：输入设备(网卡)——>存储器——>cpu解包——>存储器——>显示器

1. 操作系统

任何计算机系统都包含一个基本程序的集合，成为操作系统(os)，操作系统包括：

• 内核（进程管理，内存管理，文件管理，驱动管理）
• 其他程序(例如函数库，shell程序)

1.1 设计os的目的

• 与硬件交互，管理所有的软硬件资源
• 为用户程序提供一个良好的执行环境

1.2 定位

一款纯粹的"管理"软件

如何理解这个"管理"呢
管理：真正的管理是有"绝策权"的，与"执行权"不同。
任何管理都是先描述，在组织

先看下三层：
底层硬件：学生（被管理者）
驱动程序：导员，楼管，图书管理员（执行者）
操作系统：校长（管理者）

1. 校长从来不与学生直接见面，通过信息管理，通知执行者导员，对学生进行操作
2. 驱动层可以帮管理者拿到被管理者的数据
3. 被管理者信息量很大，信息就需要被组织起来，要组织就要先描述。（可以理解为先声明，在定义）

先描述。

 struct stu
{
    
    
 _name;
 _sex;
 _num;
 _grades;
 struct stu*  next; 
}

在组织:

Struct s1,s2,s3...
s1->next=s2;
s2->next=s3;
...

操作系统操作过于复杂，提供了系统调用接口，操作也有部分成本，所以提供了用户操作接口。

在我们实际进行编程或者开发的时候大多数用的都是lib库函数，有的库函数与硬件进行交互那么，他就会调用系统调用。

总结：

1. 操作系统是什么？什么是管理？
   一款"管理"软件；具有决策权的才叫管理，执行者不算。
2. 操作系统怎么进行管理？
   通过驱动操作硬件信息。具有同种类型的信息很多，先描述，在组织。
3. 操作系统为什么要进行管理？
   一套系统，需要一个管理者进行领导，对上给用户一个稳定高效的执行环境，对下管理好软硬件资源提供稳定的软硬件环境。
4. lib库函数和系统调用之间的关系
   库函数在系统调用的上层，使用库函数与硬件进行交互的话会调用系统调用。

2. 进程

2.1 认识进程

操作系统一般在硬盘根目录的boot目录。
运行起来的时候加载在内存当中

当一个程序运行起来被加载到内存的瞬间就成为了进程。

写一个程序：

2.2 查看进程

2.2.1 第一种方法

首先，运行程序，在另一个窗口通过ps命令查看这个进程

USER ：进程的所属用户，
PID ：进程的进程ID号，
%CPU ：进程占用的 CPU资源 百分比，
%MEM ：进程占用的 物理内存 百分比，
VSZ ：进程使用掉的虚拟内存量 (Kbytes) ，
RSS ：进程占用的固定的内存量 (Kbytes) ，
TTY ：与进程相关联的终端（tty),?代表无关,tty1-tty6是本机上面的登入者程序,pts/0表示为由网络连接进主机的程序。
STAT ：进程的状态，具体见2.1列出来的部分 ，
START ：进程开始创建的时间 ，
TIME ：进程使用的总cpu时间，
COMMAND : 进程对应的实际程序。

2.2.2 第二种方法

线运行程序，在另一个窗口通过ls /proc查找

可以看到第一种方法查找到mybin 的pid是9797，在第二种方法中右上角也找到了9797。那个9999是grep命令的进程。
通过ctrl+c终止程序，发现9797没有了。

再次运行呢，又重新分配了pid。（进程1一般都是操作系统）

然后进入9797对应的目录里，这里都是它的基本信息

3. 通过系统调用获取标识符

1 #include<stdio.h>
  2 #include<unistd.h>
  3 #include<sys/types.h>
  4 int main()
  5 {
    
    
  6   while(1)
  7   {
    
    
  8   printf("pid : %d\n" , getpid());
  9   printf("ppid : %d\n" ,getppid());
 10   sleep(1);
 11   }                                                                         
 12 }
~
~

- pid（进程id）
- ppid(父进程id)
运行查看对应的id。

终止，在重新运行，重新分配了pid。父进程没有变化

通过ps aux | grep 22717查看进程，发现父进程始终是bash命令。shell为命令行解释器，bash是Linux中的命令行解释器（就和pcb是进程，struct task_struct是Linux中的进程一样）

4. 进程需要注意的几个地方

1. 内存当中会有很多进程，那么操作系统怎么进行管理呢？
   答：很明显 先描述，在组织。
2. 进程(Process Control Block简称pcb)在c语言中pcb被定义为struct task_struct。
3. 就像文件=内容+属性一样。程序文件加载进内存成为进程，那么进程是一定比原文件体积要大的。
4. 描述进程的数据结构，就是一批结构体对象。
   所以一个进程实际的大小就是可执行程序+所需要的数据结构的集合

struct task_struct
{
    
    
   1.标识信息
   2.运行信息，时间
   3.优先级信息
   4.上下文（假如程序暂时停止，等到他恢复的时候还要让他继续运行）
   5.关系信息
   6.信号
   7.状态
   
}

5. 在Linux内核，采用双链表进行管理进程
6. 为什么bash(命令行解释器)要存在子进程？
   答：在对Linux进行操作时，总会有些指令出现bug，那么作为父进程他是不可以被挂掉的，他一出现问题所有的命令不能在被执行，所以每次在命令行运行命令bash创建自己的子进程，即使出现问题子进程挂掉也不影响父进程。