Linux （4）——冯诺依曼体系结构、操作系统及进程
目录
一、冯诺依曼体系结构
二、浅谈操作系统
1.概念
2.存在的目的
3.核心功能
4.如何理解管理
三、系统调用和库函数
四、进程
1.概念
2.描述进程——PCB
3.查看进程
4.与系统相关的调用
5.系统调用获取进程标识符
6.初识fork
五、总结
一、冯诺依曼体系结构
我们日常使用的笔记本电脑、手机、平板等设备基本上都是遵循冯诺依曼体系结构的。
根据冯诺依曼体系结构，计算机可以被分为输入设备、输出设备、存储器、运算器和控制器。
输入设备:包括键盘,鼠标，扫描仪,写板等
输出设备:显示器，打印机等
存储器：内存，外存
中央处理器(CPU):含有运算器和控制器等
谈到这，就不免要拿出下面这张图了，也就是存储器速度的差异图。
这个图其实很好的解释了内存存在的意义：
内存存在的意义是什么？
我们来试想一下如果没有内存，那么cpu将需要直接从外设中获取数据进行处理，而由于外设的速度通常是比较慢的，cpu的效率将直接由外设的效率决定，这将给大打折扣cpu处理的效率。
那么内存这个时候就可以很好的缓解这个问题，因为内存的速度比外设快，就可以先让内存读取外设的数据，再由内存向cpu加载数据，这样一来就大大提高了cpu处理的效率。
划重点：我们常说的IO操作（存储）就是站在内存的角度，把数据从输入设备存入内存的操作就是Input，而把内存的数据加载到输出设备的操作就是Output。
说明一下：
我们这里的存储器指的单单是内存
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(输入或输出设备)CPU不和外设直接打交道，和内存直接打交道。外设(输入或输出设备)要输入或者输出数据，也只能写入内存或者从内存中读取。
简单来说，就是所有设备都只能直接和内存打交道，从而提高整机效率。
二、浅谈操作系统
1.概念
任何计算机系统都包含一个基本的程序集合，称为操作系统(OS)。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)
其他程序(例如函数库，shell程序等等)
2.存在的目的
对下：与硬件交互，管理所有的软硬件资源
对上：为用户程序(应用程序)提供一个良好的执行环境
3.核心功能
在整个计算机软硬件架构中，操作系统的定位是:一款纯正的“搞管理”的软件。操作系统并不是直接对硬件做管理，而是通过对数据进行分析，来最终做出管理上的决策，然后驱动执行。
4.如何理解管理
操作系统管理的本质就是对数据做管理，而对数据管理就是先描述再组织。
描述：可以是结构体struct
组织：各种数据结构，如链表
三、系统调用和库函数
在开发角度，操作系统对外会表现为一个整体，但是会暴露自己的部分接口，供上层开发使用这部分由操作系统提供的接口，叫做系统调用。
系统调用在使用上，功能比较基础，对用户的要求相对也比较高，所以，有心的开发者可以对部分系统调用进行适度封装，从而形成库，有了库，就很有利于更上层用户或者开发者进行二次开发。
这里对应的就是上面图中的system call部分用户不能够直接与系统进行交互，只能通过各种接口进行交互。
四、进程
1.概念
课本上的概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序等。
内核的观点：担当分配系统资源(CPU时间，内存)的实体。
2.描述进程——PCB
基本概念：
进程信息被放在一个叫做进程控制块的数据结构中，可以理解为进程属性的集合。
课本上称之为PCB(process controlblock)，Linux操作系统下的PCB是: task_struct。
task_struct：
在Linux中描述进程的结构体叫做task struct。task struct是Linux内核的一种数据结构，它会被装载到RAM(内存)里并且包含着进程的信息。
task_struct的内容分类：
标示符：描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。
状态：任务状态，退出代码，退出信号等。
优先级：相对于其他进程的优先级。
程序计数器：程序中即将被执行的下一条指令的地址。
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的内存块的指针
上下文数据：进程执行时处理器的寄存器中的数据[休学例子，要加图CPU，寄存器]。
I/0状态信息：包括显示的I/0请求,分配给进程的!/0设备和被进程使用的文件列表。
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，记账号等。
其他信息
组织进程：
3.查看进程
我们可以通过函数调用来看一看指令。
首先，我们创建两个文件（myproc.c）和（makefile）
编写makefile
编写myproc.c
然后我们make一下，生成可执行程序，开始执行：
接下来就可见一见进程了：
我们也可以kill掉进程，当然了之前我们指令中的热键ctrl + c也可以杀死进程。
进程在运行的时候本质是在读取进程内部的代码，内部在执行，从启动到终止中间可能会有一段很长的时间，这个进程就具备了动态属性。
以上就是我们对于进程简单的查看。
4.与系统相关的调用
如果我们想要查看进程的id，那么我么就要用到getpid()；
打开man手册：
下面我们来测试一下，我们可以对myproc.c进行修改：
执行一下：
此外，我们还有一种查看进程的方法：
进入/proc目录：
数字的就是进程的pid，进程可以被当成文件看待。
如果我们把进程杀掉了，自然在proc下也就找不到了。
5.系统调用获取进程标识符
进程id（PID）
父进程id（PPID）
敲黑板：
在命令行上启动的进程，不出意外的话父进程都是bash。
6.初识fork
我们现在手册上见一见：
fork的作用：创建子进程
关于fork的返回值：
(所以对于结果我们很好理解，返回成功时，会给父进程返回子进程的pid,子进程会返回0)。但是，这里居然一个变量id居然会有两个返回值，这里在以前是想都不敢想的，后面我们在展开这个问题。我们根据这个返回结果写代码:
我们观察可以看到，两个whie循环都执行起来了，这也证明了实际上参与while循环的有两个进程，并且它们是父子进程，即父子关系。
这也说明了，在forK之后，又创建了一个进程，两个进程分别在两个执行流中，因此可以分别执行if 和 else if，也可以分别进入while循环。
敲黑板：
总结一句话，fork()之后，会有父进程+子进程两个进程在执行后续代码，fork()后续的代码，被父子进程共享，通过返回值不同，让父子进程执行共享代码的一部分，这就是并发式编程。
五、总结
我们在这一节中简单的介绍了冯诺依曼体系结构，了解了该结构是如何解决cpu是如何与外设之间进行交互的，也就是通过内存进行交互，然后简单介绍了一下系统调用和库函数，最后我们简单的介绍了一下进程，了解了fork()函数。