一、操作系统
1、冯诺依曼体系结构
我们常见的计算机，如笔记本。我们不常见的计算机，如服务器，大部分都遵守冯诺依曼体系。
截止目前，我们所认识的计算机，都是由一个个硬件组件组成，包括
输入（input）：如键盘、鼠标、扫描仪、写板等
中央处理器（CPU）：包括运算器和控制器
存储器（storge）：指的是内存，不考虑缓存
输出（output）：如显示器、打印机等
注意
- 输入和输出统称为外设
- 硬盘和网卡既可当作输入设备，又可当作输出设备
- 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
- 所有设备都只能直接和内存打交道
- 不是CPU和内存的全是外设
2、为什么要有操作系统
计算机是由许多硬件组成的，每个硬件都有其特定的功能，如果没有操作系统，我们要操控计算机，程序员就必须熟知每一个硬件的功能，并且知道他是怎么操作的，我们都知道，计算机可以干很多事情，这就意味着程序员要搞明白许多硬件以及操作流程，这对程序员要求太高了，而且时间上也不允许，所以就有了操作系统，将这些繁琐的工作都交给操作系统来执行（与硬件交互、为应用程序提供一个良好的执行环境），这样，程序员就只管自己的应用软件就可以了。
计算机体系结构（硬件）
输入（input）、输出（output）、存储（storage，内存）、处理器（processor）、ALU（运算逻辑单元）、CU（控制单元）、寄存器（register）
操作系统（软硬结合部）
一个最简单的Hello world是如何工作的（C语言）？
刚开始的程序在硬盘中，C语言的的编译器也是一个程序，遵守冯诺依曼结构，从输入设备中把数据读到内存中，按照编译原理，将其读到CPU中进行运算，运算完了之后，就是第二个框图，再输出到输出设备上，再写回到硬盘上，得到hello.exe文件，再运行第二个，将程序加载到内存中（操作系统做的事情），CPU找到main（变换为第二个框中的相应指令）入口，开始一条一条的语句执行，ALU运算，PC是执行下一步运算指令的地址，可能会发生跳转，IR是制定寄存器，根据PC将指令从内存加载到IR上，临时存放下一条指令。
程序是如何执行的：
PC（Program Counter）：指向内存中下一步要运行的指令的地址
IR（Instruction Register）：存放下一个要执行的CPU指令
3、操作系统（operate system）
Windows/Linux/Unix/macOS（OSX/IOS）/Android/鸿蒙OS 软件
（1）概念
操作系统是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。操作系统是用户和计算机的接口，同时也是计算机硬件和其他软件的接口。任何计算机都包含一个操作系统，笼统的理解，操作系统包括：内核（进程管理、内存管理、文件管理、驱动管理）和其他程序（例如函数库、shell程序等等）
（2）对操作系统的定位（如何理解OS）
- 做“管理”的软件 硬件、进程、内存、文件，是一个管家
- 通过记录信息并组织信息管理（数据结构）
二、进程
1、引入
（1）什么是工程（project）
编写 + 编译阶段用到的，组织代码结构、资源（图片…）结构用到
（2）什么是程序（program）
编译完成后的，运行之前的，是一个可执行的文件
（3）什么是进程（process）/ 任务（task）
- 对操作系统来说，一个任务就是一个进程
- 对内核来说，就是担当分配系统资源（CPU时间、内存）的实体
2、理解
有一个to do list（具体要做的指令），一个to do list 就是一个文件（程序），一个进程是要按照to do list干一次活，进程是程序的一次执行过程，可以同时起多个任务/进程（程序运行期间就是一个进程）
例如，张三去银行办理转账业务，就要使用银行的资源（接待、转账人员、银行电脑等等），为张三完成转账，在银行内部，这一整套过程的执行，就称为办理业务。类比，一个程序刚开始是在计算机的硬盘上，要执行该程序，要对他进行加载运行，这一整套过程就叫做一个进程。
所以，进程是具有动态特性的，当张三办理转账业务时，任务一直存在并且状态一直是更新的，而张三办理业务，也不是刚去就可以办理，如果前面有人，还需等待，所以就有了进程等待队列，而张三抽到的号，可以称为进程id
3、时间片
操作系统大多都支持多任务，否则也太慢了吧。
操作系统的任务调度是采用时间片轮转的抢占式调度方式，也就是说，当一个任务执行一小段时间后暂停去执行另外一个任务，每个任务轮流执行，任务执行的一小段时间叫作时间片，任务正在执行时的状态叫运行状态，任务执行一段时间后强制暂停去执行另外一个任务，被暂停的任务处于就绪状态等待下一个属于他的时间片的到来。因为计算机的速度是非常快的，所以我们看不到这个过程，感觉多个任务同时执行，也就是我们所说的并发。
4、对时间片的理解
假设张三准备办理转账业务，但当他把所有资料给工作人员之后，工作人员告诉他，你现在办理不了，因为他现在需要填写一张申请表，此时，工作人员将他的资料保存起来，让他去一边填写资料，填写完毕之后，再回来继续办理，同时，张三去填表了，而工作人员继续给别人提供服务。这个过程叫做进程切换。张三表填完了，继续回到柜台，工作人员拿出他之前的资料，继续给张三办理业务，这叫做进程的上下文保护与恢复（想想，为什么要这么做？因为进程的运行是在CPU上的，CPU有寄存器，保存的是进程运行的各种临时数据，为了达到切换和便于恢复的目的，就有了将CPU寄存器保存和恢复的做法，归根结底是为了接着上次的位置继续运行）。后来，银行出台了规定，每个人在柜台办理任务的时间不能超过10分钟（以防止其他人长时间等待），所以为了更好的服务各个人员，银行工作人员将上面的切换与恢复的思路应用到各种业务中，所以长期来看，即便只有一个工作人员，也能同时服务多个客户，这种机制叫做基于时间片的进程轮转管理机制，而上面的10分钟，就是银行轮转的时间片，只要时间到了，客户酒的下去等待，让其他用户来办理业务而上面的所有轮转与管理工作，在操作系统中，统一由一个叫做调度器的内核模块完成，而对每个人来说，在一段时间之内，可能所有人的业务都得以推进（即便没完成），而不至于大家长时间等待，这种机制就叫做并发；如果银行财大气粗，工作人员比客户都多，那就好办了，一人一个工作人员，所有的任务真正同时处理，这种机制叫做并行。
5、并发与并行
-
并发：多个进程在一个CPU下采用时间片轮转的方式，在一段时间之内，让多个进程都得以推进，称之为并发。
-
并行：多个进程在多个CPU下分别，同时进行运行，这称之为并行。
并发是假同时，并行是真同时
6、用户态和内核态
以上面张三去银行办理业务为例，张三自己填表申请、等待等等自己做的这些事情被称为用户态，是用户的权限最低，而张三到窗口托付银行人员为他办理相关手续，银行人员这个状态被称为内核态，权限最高，直接控制硬件的底层软件。
7、进程中的上下文
（1）上下文简单来说就是一个环境，进程在时间片轮转切换时，由于每个进程运行环境不同，就涉及到上下文不同环境之间的切换。
（2）就是一个进程在执行时，CPU的所有寄存器中的值、进程的状态以及堆栈上的内容。
（3）切换时需要保存当前进程的所有状态，即保存进程的上下文，以便再次执行的时候，能够恢复切换时的状态，继续执行。
8、进程状态
就绪：进程处于可运行的状态，只是CPU时间片还没有轮转到该进程，则该进程处于就绪状态（排好队了）
阻塞：进程不具备运行的条件，正在等待某个事件的完成
运行：进程处于可运行的状态，且CPU时间片轮转到该进程，该进程正在执行代码，则该进程处于运行状态。
解释了这么多进程的有关概念，我们对进程有了一个大概的认识，为了让大家更好地了解进程，接下来带着大家一起学习一下进程的一些基本属性,以下代码纯属伪代码，是帮助理解的，不要纠结代码的正确性哦！
9、进程的属性
（1）基本信息
- pid（process id）
- 用户/名称/关联的程序文件/…
- 状态
（2）运行信息
- pc/数据地址/代码地址/资源信息（打开的文件等）
（3）记账信息
- 什么时候开始运行（实际运行时间）
//PCB（Process Control Block）用来记录进程信息
//纯属伪代码
class PCB{
int pid;//编号
State state;//状态（正在运行等等）
Priority priority;//优先级（进程是有优先级的，哪个先执行，哪个后执行）
address dataZone;//数据区
address codeZone;//代码区
long startAt;//什么时候开始的，记账信息
}
程序的启动过程（如何从程序变为进程）
双击程序(exe)进行启动
OS:
1.找到文件
2.检查文件是否合法（exe，一种指令格式）
3.创建一个PCB对象----描述
PCB pcb = new PCB();
4、为进程分配一个唯一的pid（相当于银行的抽号）
5.把程序文件按照指定格式加载到内存中
6.把PCB对象和之前加载的内容进行关联
pcb.pc = pc;
pcb.dataZone = dataZone;
7.填充基本的记账信息
pcb.startAt = System.currentTime();
8.把PCB放到几个相关的数据结构中(组织)
class 模拟OS{
private Queue<PCB> processQueue;
private LinkedList<PCB> processList;
private Map<Integer,PCB> map;
processQueue.push(pcb);
processList.add(pcb);
map.put(pcb.pid,pcb);
}
为什么进程放到队列里面就真正运行起来了？
登记处就是一个PCB对象（描述）
登记处上面是所有的pcb对象，根据pid找到指定的pcb对象，把自己放到队列里边，按照先来先服务或者优先级队列服务，总有一次被执行，只需将自己放到数据结构中，总会执行到自己
操作系统管理其实就是各种数据结构在管理
进程启动的一个演示
常见的发生进程切换的场景：
1、有一个更高优先级的进程进来------抢占式OS
2、任务完成（进程结束）
3、每个进程都事先分配好时间片，时间到达后切换
4、当前进程正在等待一个外部事件（阻塞）
