【JavaEE】认识计算机（二）
碎碎念： 对于本文所涉及的知识点，作者暂时只做了解，不算完整，会补的会补的（咯咯咯）~~
一、CPU执行程序（指令）过程
指令就是CPU能够理解并执行的“命令”，是软件与硬件之间的沟通语言
例如：妈妈让你去买瓶可乐做鸡翅，对你来说买可乐这就是一条指令
指令包含操作码和操作数，也就是
指令 = 操作码 + 操作数
那么CPU是如何执行指令的呢？
CPU对于一条指令的处理过程可以简要描述为以下四个步骤
- 读取指令——从内存中读取下一条要执行的指令，送入 CPU 的指令寄存器暂存
- 译码指令——指令译码器解析指令的含义，确定要执行的操作及操作对象
- 执行指令——运算器根据译码结果，执行具体操作
- 写回指令——将执行结果保存到指定的寄存器或内存中，为下一条指令做准备
还是上面的例子，妈妈给你十块钱让你去买瓶可乐（读取指令），你接过这十块钱并准备去买可乐（译码指令），去楼下超市拿了瓶可乐并付钱，老板找还六块钱（执行指令），你拿着可乐和零钱回家（写回指令）
二、操作系统
操作系统是计算机中最重要的软件，抽象来说，它是一个搞管理的软件
操作系统有两个基本功能
- 管理各种硬件设备（通过驱动程序间接管理）
- 给应用程序提供一个稳定的运行环境
稳定的运行环境就是指，计算机中的各种应用程序在工作过程中是互不干扰的，即使某一个程序出现问题（比如程序崩溃），也不会影响其他应用程序的运行
2.1 进程
进程，顾名思义，就是一个正在进行的程序
操作系统如何管理进程？
主要分为两步
- 定义数据
- 组织数据
定义数据：定义一个结构体/对象，通过对象的各种属性，保存进程的各种信息
这里会用到一个进程控制块（PCB），它是一个非常大的结构体，包含很多属性
组织数据：采用数组、链表、哈希等数据结构集中存储，方便后续增删查改
对于LInux系统，它使用链表的形式将很多PCB串到一起
那么如何创建一个新的进程呢？
- 创建一个PCB，初始化PCB中的各个属性
- 将创建好的PCB添加到链表上
和链表节点的处理方法相似，要销毁一个进程，就要在链表上把这个PCB找到，然后从链表上删除
同样的，想要查看某个进程的信息，就要先在链表上找到对应的PCB，并将其显示到界面上；若想查看所有进程，则要取出链表上的每个元素并显示到界面上
PCB中主要属性
- pid（也叫进程id），是进程的身份标识符
- 内存指针（实际上就是一组指针），进程通过这组指针获得执行的指令和以来数据的位置
- 文件描述符表，进程运行过程中需要和硬盘进行交互，而硬盘上的数据是以文件的形式来组织的，进程在读写文件的时候，就需要先打开对应文件，每打开一个文件就会把这个文件的信息保存到文件描述符表中，表中的每个项就对应着每一个打开的文件
*操作系统中，会把很多资源（不一定是硬盘上的资源）都抽象成文件来表示，比如操作系统管理网卡的时候，就是将其当作“文件”一样管理
由上述可见，进程是操作系统中资源分配的基本单位
其实这句话不够严谨，具体内容我们下节揭晓~~
既然CPU中会运行很多不同的进程，那么如何管理这些进程就成了首要问题，这就涉及到另一个概念——进程调度，换句话说，就是如何使用有限的CPU核心，完成远多于核心数的进程
进程调度相关内容也是PCB中的几个重要属性
- 进程状态，进程有很多状态，其中两个最为典型，一个是就绪状态（随叫随到），另一个是阻塞状态（说明进程当前不适合到CPU上执行）
操作系统中一般不区分就绪和执行状态，都是就绪状态 - 进程优先级，所有进程在CPU上运行的机会不是均等的，某些进程优先级更高一点，占用更多的CPU资源（进程的优先级与窗口的显示顺序无关）
- 进程上下文，由于进程调度，一个进程执行一会后会失去CPU使用权，过一段时间再回到CPU上继续执行，将沿用上次执行到的状态，继续往下执行，上次执行的状态和进展就是进程的上下文
进程在CPU上运行的过程中，CPU上的各种寄存器，就表示了当前进程运行的中间状态
保存上下文：把CPU中的这些寄存器的值保存到内存中（PCB的对应属性中）
恢复上下文：把PCB中保存的属性填写回对应的寄存器中 - 进程记账记录，统计功能，统计每个进程在CPU上运行了多久，如果发现某个进程很久没有吃到CPU资源，就会给这个进程倾斜一些资源
与多进程相似的还有一个概念：分时复用
简单来说，就是把一个单位时间分成很多份，
第一份，运行进程1的指令；
第二份，运行进程2的指令；
……
因为CPU运行速度足够快，上述的切换过程也会非常快，快到超出人类的反应时间，使人看起来感觉好像这些进程在“同时执行”一样，当然如果运行的任务实在太多了，人也是有可能感知到这个卡顿的过程
两个常见的概念
并发执行
- 一个CPU核心上，按照分时复用执行多个进程的方式，因为需要并发执行，所以操作系统需要进行进程的快速切换，也就是进程调度
并行执行
- 多个CPU核心上，同时执行多个进程的方式
程序员写代码的时候无法判断CPU是并行还是并发执行，因此并行和并发统称为并发
现代CPU运行进程时，并发和并行是同时存在的