【Linux】进程概念（一）：冯诺依曼体系结构 + 操作系统

📝前言：
在理解进程概念之前，我们先简单了解一下冯诺依曼体系结构和操作系统。

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一，冯诺依曼体系结构

1 简单了解基本构成

我们所见的计算机，服务器，大多数都遵守冯诺依曼体系结构。

• 输入设备：键盘，鼠标
• 存储器：内存
• 中央处理器：CPU，（运算器：ALU，控制器：CU）
• 输出设备：显示器，打印机，网卡（也可做输入设备）…

红色箭头：代表数据信号处理时，经过的硬件顺序。同时也反映了每个硬件所能交互的硬件对象。比如：CPU就只能和内存打交道（对内存进行读写），不能直接访问外设。如果要访问输出设备，也是先把数据给内存，然后由内存给输出设备。
也就是说：程序，要先加载（Input）到内存，才能被CPU执行
数据的流动就是：从一个设备“拷贝”到另一个设备。体系结构的效率就是由设备的"拷贝"效率决定的

2 了解数据流动过程

我们来思考一下，假如小红将一个文件通过qq传给了小兰。那这个过程，数据是怎样在这些硬件中流动的呢？

1. 小红的文件首先储存在磁盘上
2. 打开QQ软件，这时候QQ软件被加载到内存里
3. 从磁盘（输入设备）读取文件到QQ（内存）
4. 然后，CPU对内存里面的文件进行加密等一系列操作，操作完后再输出回内存
5. 文件再从内存输出到网卡（输出设备）
6. 然后通过网络，到小兰的网卡上
7. 网卡上（输入设备）的文件，又被加载到小兰的QQ上（内存）
8. 然后通过CPU对文件解密等一系列操作，再输出回给内存
9. 最后存入小兰的磁盘（输出设备）

二，操作系统

1 基本概念

OS大体上由两部分组成：

• 内核：负责管理系统的硬件资源，如 CPU、内存、磁盘、网络等，同时还提供了进程管理、内存管理、文件系统管理、设备驱动等基础功能。
• 内核外的其他程序：如，外壳she11、glibc、原生库、预装系统级软件等
  

2 设计OS的目的

• 对上，为用户程序（应⽤程序）提供⼀个良好的执行环境（目的）
• 对下，与硬件交互，管理所有的软硬件资源（手段）

通过软硬件的管理，达到为用户提供良好执行环境的目的。

如下图，软硬件体系结构（高内聚，低耦合）：

如，我们用户在VS上写代码的时候，进行的是开发操作，无法直接访问操作系统。必须通过库函数（如，glibc），然后进行系统调用，才能访问到。只不过，在库函数里面一般帮我们封装好了系统调用这一步。

只要我们的程序访问了底层硬件，那么它的执行必然贯穿整个软硬件体系结构！

3 管理概念

上面说到，操作系统通过对下的管理来达成对上的目的。在整个计算机软硬件体系中，操作系统的定位就是：一款“管理”软件

那什么是管理？

假如我是一个手机厂商的老板，我生产了1w台手机，我怎么管理这些手机呢？
我需要每天带着1w台手机吗？不需要，我只需要知道手机的“数据”就可以了

1. 先描述手机，提取手机的特征与属性（比如：手机型号，处理器，内存…）
2. 因为每个手机都有这样的特点，所以这时候我可以创建一个class Phone类里面包含这些属性成员，来代表手机这一物件。并且，在这个类中额外添加一个指针变量，用来指向下一个手机对象
3. 然后使用数据结构 链表，对1w个手机进行组织
4. 后续的各种行为，如：新造了手机，卖出了手机，查询某手机的版本号，更换某手机的处理器，无非就是对这个链表进行：增、删、查、改

上面整个过程，无非就是：先描述，再组织
先抽象出手机的属性，然后用合适的数据结构，完成了对手机的组织，后续为这个数据结构设置一系列操作，也就完成了同一管理。

操作系统就是管理者，硬件就是被管理者。操作系统对硬件的管理分两步：

1. 用struct结构体描述硬件
2. ⽤链表或其他高效的数据结构组织起来

4 系统调用和库函数概念

• 系统调用：是操作系统内核提供给用户程序访问底层硬件和核心服务的接口。
• 库函数：是对系统调用的封装或独立功能的实现，通常由高级语言的标准库（如C的glibc）或第三方库提供。它们运行在用户态，隐藏了系统调用的复杂性，为开发者提供更便捷、可移植的接口。

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