进程与操作系统

一、进程
1、什么是进程
    进程指的就是一个正在运行的程序，或者说是程序的运行过程，即进程是一个抽象的概念
    进程是起源于操作系统的，是操作系统最核心的概念，操作系统所有其他的概念都是围绕进程展开的

    多道技术

2、为何要进程
    并发

3、如何用进程
    开启进程的两种方式




二、为什么要有操作系统
    程序员无法把所有的硬件操作细节都了解到，管理这些硬件并且加以优化使用是非常繁琐的工作，这个
    繁琐的工作就是操作系统来干的，有了他，程序员就从这些繁琐的工作中解脱了出来，只需要考虑自己的
    应用软件的编写就可以了，应用软件直接使用操作系统提供的功能来间接使用硬件。


三、什么是操作系统
    操作系统位于计算机硬件与应用软件之间，本质也是一个软件。操作系统由操作系统的内核
    （运行于内核态，管理硬件资源）以及系统调用（运行于用户态，为应用程序员写的应用程序提供系统调用接口）两部分组成

    细说的话操作系统分为两部分功能：

    1：隐藏了丑陋的硬件调用接口，为应用程序员提供调用硬件资源的更好，更简单，更清晰的模型（系统调用接口）。
         应用程序员有了这些接口后，就不用再考虑操作硬件的细节，专心开发自己的应用程序即可。

    2：将应用程序对硬件资源的竞态请求变得有序化

    作用一：为应用程序提供如何使用硬件资源的抽象
            例如：操作系统提供了文件这个抽象概念，对文件的操作就是对磁盘的操作，有了文件我们无需再去考虑关于磁盘的读写控制

    作用二：管理硬件资源
           现代的操作系统运行同时运行多道程序，操作系统的任务是在相互竞争的程序之间有序地控制对处理器、存储器以及其他I/O接口设备的分配。


四、操作系统与普通软件的区别
    1.主要区别是：你不想用暴风影音了你可以选择用迅雷播放器或者干脆自己写一个，
      但是你无法写一个属于操作系统一部分的程序（时钟中断处理程序），操作系统由硬件保护，不能被用户修改。

    2.操作系统与用户程序的差异并不在于二者所处的地位。特别地，操作系统是一个大型、复杂、长寿的软件
        大型：源代码非常多。



五、操作系统发展史

    1.第一代计算机（1940~1955）：真空管和穿孔卡片
        特点：
            没有操作系统的概念
            所有的程序设计都是直接操控硬件

        工作过程：
            程序员在墙上的机时表预约一段时间，然后程序员拿着他的插件版到机房里，将自己的插件板街道计算机里，
            这几个小时内他独享整个计算机资源，后面的一批人都得等着(两万多个真空管经常会有被烧坏的情况出现)。

            后来出现了穿孔卡片，可以将程序写在卡片上，然后读入机而不用插件板

        优点：
            程序员在申请的时间段内独享整个资源，可以即时地调试自己的程序（有bug可以立刻处理）

        缺点：
            浪费计算机资源，一个时间段内只有一个人用。
            注意：同一时刻只有一个程序在内存中，被cpu调用执行，比方说10个程序的执行，是串行的


    2.第二代计算机（1955~1965）：晶体管和批处理系统
        特点：
            设计人员、生产人员、操作人员、程序人员和维护人员直接有了明确的分工，计算机被锁在专用空调房间中，由专业操作人员运行，这便是‘大型机’。
            有了操作系统的概念
            有了程序设计语言：FORTRAN语言或汇编语言，写到纸上，然后穿孔打成卡片，再讲卡片盒带到输入室，交给操作员，然后喝着咖啡等待输出接口

        第二代如何解决第一代的问题/缺点：
            1.把一堆人的输入攒成一大波输入，
            2.然后顺序计算（这是有问题的，但是第二代计算也没有解决）
            3.把一堆人的输出攒成一大波输出

        缺点：
            1.整个流程需要人参与控制，将磁带搬来搬去（中间俩小人）

            2.计算的过程仍然是顺序计算-》串行

            3.程序员原来独享一段时间的计算机，现在必须被统一规划到一批作业中，
            等待结果和重新调试的过程都需要等同批次的其他程序都运作完才可以（这极大的影响了程序的开发效率，无法及时调试程序）


    3.第三代计算机（1965~1980）：集成电路芯片和多道程序设计

        第三代计算机的操作系统广泛应用了第二代计算机的操作系统没有的关键技术：多道技术

        多道技术：
            多道技术中的多道指的是多个程序，多道技术的实现是为了解决多个程序竞争或者说共享同一个资源（比如cpu）
            的有序调度问题，解决方式即多路复用，多路复用分为时间上的复用和空间上的复用。

            空间上的复用：将内存分为几部分，每个部分放入一个程序，这样，同一时间内存中就有了多道程序。
            时间上的复用：当一个程序在等待I/O时，另一个程序可以使用cpu，如果内存中可以同时存放足够多的作业，
                         则cpu的利用率可以接近100%，类似于我们小学数学所学的统筹方法。







操作系统原理

操作系统（现代操作系统）：
    操作系统是位于计算机硬件于软件之间的控制程序
    作用：
        1、将硬件的复杂操作封装成简单的接口，给用户或者应用程序使用
        2、将多个应用程序对硬件的竞争变的有序


1、串行：
    一个任务完完整整地运行完毕后，才能运行下一个任务

2、并发
    看起来多个任务是同时运行的即可（切的快），单核也可以实现并发

3、并行：
    真正意义上多个任务的同时运行，只有多核才实现并行


4、cpu的功能：
    cpu是用来做计算，cpu是无法执行IO操作的，一旦遇到io操作，应该让cpu去执行别的任务


5、多道技术
    背景：想要再单核下实现并发（单核同一时刻只能执行一个任务）
    并发实现的本质就：切换+保存状态

    1、空间上的复用=》多个任务共用一个内存条，但占用内存是彼此隔离的，而且是物理层面隔离的
    2、时间上的复用-》多个进程复用同一个cpu的时间
        切换：
            cpu遇到IO切换：可以提升效率
            一个进程占用cpu时间过长也会切走：为了实现并发效果不得已而为之，反而会降低程序的执行效率