一、冯诺依曼体系结构
冯诺依曼由 输入设备、输出设备、运算器、控制器、存储器 五部分组成。
冯诺依曼的设计特点
二进制表示 所有数据（包括程序指令）均以二进制形式存储和运算，简化了硬件逻辑设计，提高了可靠性。
存储程序原理 程序与数据共同存储于同一存储器中，且程序可像数据一样被修改。
顺序执行机制 指令按线性顺序逐条执行，由程序计数器（PC）控制执行流程。
指令结构 每条指令由操作码（定义操作类型）和地址码（指定操作数位置）组成。
冯诺依曼体系结构的作用
引言： 外设 和 CPU 读取速度完全不一样，如果 外设 和 CPU 直接进行数据交互，就会导致 CPU 读取速度非常缓慢。但 冯诺依曼体系结构 就解决了这种问题，那它是怎么解决的呢？
二、操作系统（Operator System）
概念
操作系统（Operating System，简称OS） 是管理计算机硬件与软件资源的系统软件。它提供用户接口和资源分配，是计算机系统中最基本的系统软件，任何计算机系统都包含一个基本的程序集合，统称为 操作系统（OS） 。 简单来讲， 操作系统 包含 ：
设计OS的目的
OS如何管理软、硬件
OS 是怎么管理软、硬件的呢？，简单6个字就可以总结：先描述，再组织
进程
上面讲了 OS 是怎么将软硬件资源管理起来的，那么对于进程也是再这样吗？答案是肯定的
概念
task_struct （描述进程）
task_struct 中的进程属性很多，我在这里描述其中的一部分： 3. 标识符：描述本进程的唯一标识符，用来区别其他进程 4. 状态：任务状态，退出代码，退出信号等 5. 优先级：用来描述进程被调度的先后的数字，数字小的优先级高，数字大的优先级低，和成绩排名有异曲同工之妙 6. 程序技术器（PC）：表示程序中即将执行的下一条指令的地址 7. 内存指针：包括程序代码和进程相关数据的指针，还有和其他进程共享内存块的指针 8. 上下文数据：进程执行时处理器的寄存器中的数据，主要包括： CPU寄存器的值：包括程序计数器（PC）、指令寄存器、堆栈指针等。 内存映射信息：进程的虚拟内存空间布局。 进程状态：如运行状态、阻塞状态、就绪状态等。 I/O状态：与进程相关的输入输出设备的状态。 其他系统资源的状态：如文件描述符、信号状态等。 9. I / O状态信息：包含显示的 I / O 请求，分配给进程的 I / O 设备和被进程使用的文件链表 10. 记账信息：可能包括处理器时间总和，使用的时钟数总和，时间限制，记账号的等。
组织进程
PCB 在内核中使用双链表进程链接起来的 
查看进程
通过 /proc 系统文件夹来查看 
通过 top 和 ps 这些用户工具来获取进程信息 top: top -p [pid] 
ps: ps axj
通过系统调用获取进程标识符
- 获取进程id （PID）：getpid()
- 父进程id （PID）: getppid()
- 通过手册来查看相关系统调用：man 2 getpid
通过系统调用fork创建子进程
通过 fork 创建的子进程和父进程共享同一份代码，但数据是各自私有的（写时拷贝）（其中 pid_t 的类型其实是一个有符号整数类型，取了个别名而已，当 fork() 返回值为 0 时就表示子进程，当 fork() 返回值大于0时，表示的就为父进程。） 至于为什么数据各自私一份，有我们通过一个程序就可以看出来
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main()
{
int val = 0;
pid_t id = fork();
if(id == 0)//表示子进程
{
while(1)
{
printf("我是子进程，pid: %d ,ppid: %d, val = %d\\n",getpid(),getppid(),val++);
sleep(1);
}
}
else//父进程
{
while(1)
{
printf("我是父进程，pid: %d ,ppid: %d, val = %d\\n",getpid(),getppid(),val);
sleep(1);
}
}
return 0;
}
程序运行结果： 
可以看到父进程和子进程的 val 的值并不是一样的，我们就可以得出父子进程并不共享同一份数据的结论
进程状态
进程状态有很多种：
- R运行状态：并不意味着进程一定在运行中，它表明进程要么在运行中，要么在运行队列中（运行队列用于管理处于“就绪状态”（Ready State）的进程。这些进程已经准备好运行，但正在等待 CPU 时间片分配。当调度器选择一个进程运行时，它会从运行队列中选取一个进程，并将其状态从“就绪”变为“运行”。）
- S睡眠状态：以为着进程在等待事件完成（也叫做可中断睡眠） 注意： 以下有个场景可能让人误会为是 R 状态 ，但其实是 S 状态
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main()
{
int cnt = 0;
while(1)
{
printf("pid: %d,cnt = %d\\n",getpid(),cnt++);
}
return 0;
}
~
这里可能很多认为进程的状态是R状态，其实不然，这里的进程状态其实大部分都是S+（+表示是前台进程）状态，为什么呢？因为进程这里大部分时间都在做IO交互，IO的时间是很慢的，所有看不到R状态 
表示每隔1秒查看对应名为code进程的信息：while :;do ps axj | head -1 && ps axj | grep code | grep -v grep;sleep 1 ; done 
-
D磁盘休眠状态：有时候叫做不可中断状态（不会响应信号），在这个状态等待IO的结束
-
T停止状态：可以通过发送 SIGSTOP 信号来给进程停止 （T）进程。这个被暂停的进程可以通过发送 SIGCOUT 信号让进程继续执行
-
X死亡状态：这是一个返回状态，你不会在任务列表中看到这个状态，因为这是一个瞬时状态，一下就消失了
-
Z僵死状态：是一个比较特殊的状态。当进程退出并且父进程没有读到子进程返回的退出码时，子进程就会除以一个僵死状态。僵死状态会以终止状态保持在进程表中，并且会一直等待父进程读取退出状态代码（通过 kill -9 pid 杀死子进程就可以看到子进程处于僵死状态）
僵死状态危害
没创建一个子进程就需要一个 PCB ，如果父进程创建了很多子进程，而没有去回收就会造成内存资源的浪费
孤儿进程
父进程如果提前退出，子进程就会变成孤儿进程，孤儿进程就会被1号 init 也就是操作系统启动后第一个运行的用户空间程序 
进程优先级
基本概念
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cpu资源分配的先后顺序，就是进程的优先权。
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优先级高的进程有优先执行权利。
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UID : 代表执⾏者的⾝份
-
PID : 代表这个进程的代号
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PPID ：代表这个进程是由哪个进程发展衍⽣⽽来的，亦即⽗进程的代号
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普通优先级：100 ~ 139
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实时优先级：0 ~ 99
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PRI ：代表这个进程可被执⾏的优先级，其值越⼩越早被执⾏
-
NI ：代表这个进程的nice值（修正优先级数值的）
其中 PRI（new） = PRI（采用默认值80） + nice
更改进程nice值
通过更改进程 nice 来改变进程优先级 用 top 命令来改变进程 nice 值：
进程竞争、独立、并行、并发
进程切换
在多任务操作系统中，多个进程会共享有限的 CPU 资源。为了实现高效的资源利用和良好的用户体验，操作系统需要在这些进程之间切换 CPU 的控制权。这种切换通常发生在以下几种情况：
Linux2.6内核进程O(1)调度队列
LInux源码查看网站 Linux源码官方网站
Linux2.6内核调度队列
活动队列（array[0]）
- 时间片还没有结束的所有的进程都会按照优先级放在该队列
- nr_active：总共有多少个运行的进程
- queue[140]：一个元素就是一个进程队列，相同优先级的进程按照 FIFO（先进先出）的规则排队调度，所以数组下标就是优先级
- bitmap[5]：一共140个优先级，用位图就可以提高非空队列的效率，一个整形占32个比特位，数组大小为5，就有5 * 32 = 160 个bit位来表示队列是否为空，大大提高了查找效率
过期队列
- 过期队列上的进程都是时间片耗尽之后的进程
- 活动队列上的进程都被处理完毕以后，就会对过期队列的进程进行时间片重新计算
active 和 expired 指针
- active指针永远指向活动队列
- expired指针永远指向过期队列
- 活动队列中的进程进程会越来越少，过期队列上的进程会越来越多，因为进程时间片到期就会进入过期队列，但在合适的时间交换 active 指针和 expired 指针的内容，即 swap(&active,&expired) ,活动队列就又有了一批新的活动进程
