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电脑硬件的基本常识

• 越往上空间越小，速度越快，成本越高，其中缓存介于中间位置。
• 其中，内存，缓存，寄存器，只要掉电就会丢数据。
• 寄存器相当于操作台：其操作流程如下：

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电脑操作系统（软件）的基本常识

软件：一组指令的集合，使得计算机能按照一定的规则执行。
操作系统：用于管理软件和硬件的资源。

• 其实，一条println指令就是一个应用程序，它的执行顺序是：
  • ①先调用系统提供的api
  • ②在操作系统内核里，感知到要执行显示器的行为。
  • ③操作系统内核，通过驱动程序，找到对应的硬件设备（显示器），并且执行“显示字符串”的操作。

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进程

• ⭐️⭐️⭐️进程（process）： 一个程序跑起来，在操作系统中，就会出现一个对应的进程。进程就是一个运行的应用程序。
  
• 上图展示了我的电脑中的进程。
• 还有一些系统自带的/安装的某些应用程序，对于系统的运行具有重要的意义。

• 这里展示了每一个进程占用了多少的系统资源。
• 想要让一个程序运行，就必须给这个进程分配系统资源（包括但不限于：cpu，内存，硬盘，网络带宽，显卡…），操作系统以进程为单位分配资源
• 由于操作系统上包含很多的进程，为了管理好这些进程，我们可以先描述再进行组织。

  • 描述： 通过结构体（数据结构）/类，把一个进程的核心信息抽象提取出来·，并进行表示。eg：主流的操作系统都是C语言实现的，Windows操作系统主要以C为主，也有一部分C++，Linux操作系统就是纯C语言。

    • 在操作系统中，通常使用PCB（Process Control Block）这样的结构体来描述进程。
    • PCB：进程控制块，落实到具体的操作系统代码上的名字是不一样的，eg：Linux操作系统的PCB实际名字是task_struct
    • 结构体中就应该包含一些进程的核心信息。

  • 组织： 通过一定的数据结构，把多个这样的结构体/类的对象串起来，方便进一步的各种增删改查。

    • 操作系统中通常会 使用链表这样的结构，来把多个PCB串在一起。

进程操作

• 1.在任务管理器中查看进程列表

  • 就是在遍历链表的每一个节点，并获取显示出对应的信息。

• 2.创建新的进程（双击某个程序运行）

  • 新进程创建出一个对应的新的 PCB ,并且添加到上述链表中。

• 3.销毁某个进程（退出某个程序）

  • 把链表上对应的 PCB 节点给删除掉。

PCB的属性

• ①PID进程的id/标识符

• 同一个机器，同一时刻，进程id一定是不同的。

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• ②内存指针

• 进程运行时，需要消耗一定的硬件资源，内存就是一个关键资源！！一个程序，在运行的时候，就会从硬盘（xx.exe）加载到内存中，在这个过程中会加载这个程序的指令/依赖的数据。

内存指针： 是一组指针，不光一个，这一组指针就会告诉操作系统该进程，要运行的指令都在内存的哪些房间里，也告诉系统，该进程依赖的数据，又在哪些房间里。内存指针是记录运行进程的指令和数据的位置。

exe文件（相当于一个内存指针）：包含二进制类型的运行指令及运行过程所需要的数据。

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• ③文件描述符表（未来还会深入探讨）
• 一个进程在运行时会操作一些文件，就通过顺序表这样的数据结构，记录下当前这个进程都打开了哪些文件。

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接下来的这一组属性更加抽象和重要，这一组属性是用来支撑进程调度的👇

• 在任务管理器中，我们可以看到，系统中包含了很多进程，每个进程都需要执行，执行就需要占用cpu资源，去cpu上执行。但是进程的数量是远远多于cpu的，

• 在我们的计算机中cpu都是多核心的cpu，其中逻辑处理器的数量就是我们cpu 的数量，每个cpu核心，都是一个“打工人”在干活。每个核心，各自干各自的活，互不影响。

• eg：假设我们有100个进程，那么这100个都需要通过这16个（逻辑处理器）人去处理，并且他们之间不会互相影响。

  • 进程调度就是调度这16个铁轨，使得它们能够在同一时让这100个火车在这16个有限的铁轨上有条不紊的运行。—— “分时复用”

• 一个核心，同一时刻，只能运行一个进程。

• 有16个核心，同一时刻，只能运行16个进程（完全是同时执行）。 ——“并行执行”

• 但，一个核心，不同时刻，可以执行不同的进程。（现在先在这个铁轨上跑一辆火车，下一时刻跑另一辆火车）——“分时复用”

• CPU将总时间切成若小片，每个片执行一个进程，由于时间较短，这使得CPU切换进程的速度极快，人无法感知，让人感觉到它们是在同时执行的（本质上不是）——“并发执行”

• 操作系统会按照 并行＋并发相互搭配，运行所有进程。（所以即使是单核CPU时代，也可以通过并发来实现同时运行多个程序的效果）

• 多任务操作系统： 支持并行和并发

• 并行和并发统称“并发”

• 编写解决并发问题的程序统称为“并发编程”

PCB中支持进程调度的属性（支持钓🐟️的属性）

• 进程调度的本质就是分时复用（今天约这个，明天约另一个）

1.状态（🐟️的状态）

• ①随叫随到（就绪状态）
• ②约不出来（阻塞状态）

2.优先级

• 不同的🐟️钓的时间长短不同

3.上下文

• 把每次和不同的🐟️约会的信息记录到笔记本里（存档），这个约会信息就是（上下文），每次约会之前都需要复习（读档）

  • 进程在cpu执行过程中，会产生很多的中间结果，在进程切换出cpu之前，就需要把这些中间结果（cpu的各种存储器中的值）保存到 pcb的上下文里（寄存器->内存）【存档】
  • 下次这个进程回到cpu上执行时，需要先把之前的存档恢复回来（内存->寄存器）【读档】
    • 寄存器里面有一个程序计数器，记录程序执行到哪个指令了，下次执行的时候就沿着上次执行到的那个地方继续执行。

4.记账信息

• 通过表格记录给每个🐟️分配的时间。

总结：

• 操作系统为了避免某个进程吃不到CPU资源，就会进行统计，给少的（舔狗🐶）分配多一点。