【Linux】Linux进程概念（一）

前言

【Linux】Linux调试器----gdb/cgdb详情请点击，今天将介绍一个新的内容【Linux】Linux进程概念（一）：主要讲解冯诺依曼体系、操作系统、进程、PCB

一、冯诺依曼体系结构

冯诺依曼体系是由冯诺依曼提出的计算机设计基本框架，包括五大部件：输入设备、存储器、运算器、控制器、输出设备；我们常见的计算机，如笔记本。我们不常见的计算机，如服务器，大部分都遵守冯诺依曼体系。

• 其中运算器和控制器就是我们常说的中央处理器（CPU）
• 输入设备和输出设备是我们常说的外设（外部设备），外设相比于CPU特别慢
  

1. 存储器：存储器指的是内存
2. 输入设备：鼠标、键盘、摄像头、话筒、网卡、磁盘…
3. 输出设备：显示器、打印机、网卡、磁盘…
4. 从上面结构上看，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)(数据层面)，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。所有设备都只能直接和内存打交道

1. 一个程序（程序是二进制文件，里面有数据和逻辑，程序本质上就是数据）要运行，必须先将程序加载到内存中，因为在数据层面，CPU只和内存打交道
2. 存储是分级的，CPU的运行速度非常快（纳米级别），磁盘（外设）的运行速度是毫秒级别的，如果计算机CPU直接去读取和写入磁盘数据，那么根据木桶效应，计算机的效率会下降很多，所以让内存（微秒级别）作为中间枢纽分别和CPU、外设打交道，整体计算机的效率会比直接和外设打交道高得多

二、操作系统（OS）

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）和其他程序（函数库，shell程序）

1. 操作系统对下管理好软硬件资源，目的是对上为用户提供良好（稳定、高效、安全）的环境

1. 操作系统并不相信用户，因此为了服务用户且保证自身数据的安全，操作系统以接口的方式给用户提供调用的接口，让用户通过接口访问操作系统
2. 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
3. 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
   

操作系统的定位是：⼀款纯正的“搞管理”的软件，那么操作系统如何进行管理的呢？

1. 先描述，再组织。在管理结构中分为管理者（操作系统）、执行者（驱动程序）、被管理者（底层硬件）
2. 管理的本质是对数据的管理，通过对数据的管理（增删查改），数据通过执行者拿到
3. 操作系统管理首先先描述，描述被管理者对象属性，Linux操作系统是由C语言写的，因此描述对象属性的数据被封装在struct结构体中，当管理对象的时候，首先使用结构体去实例化出具体对象，包含属性+指针（指向某个空间）
4. 多个事物进行管理，只需要用指针将struct结构关联起来，这样就使用单链表将被管理者组织起来了，这个组织过程叫做建模
5. 用单链表组织起来后，对事物的管理就转变成了对链表的增删查改
6. 所以，在操作系统中，管理任何事物都是先描述再组织，最终都可以转化为对数据结构的增删查改，所以操作系统一定会存在大量的数据结构

三、进程、PCB

概念：加载到内存中的程序、正在运行的程序叫做进程
细致来说：进程是由内核PCB数据结构+代码和数据构成

• 1. 内核PCB数据结构：进程属性的集合，这个集合放在了进程控制块中
• 2. 程序是二进制文件，由代码和数据构成

1. 不同操作系统的PCB不同，Linux 操作系统下的PCB是: task_struct
2. 通过操作系统如何进行管理的我们知道，任何一个事物要进行管理都需要先描述再组织，多个进程也需要被操作系统管理，那么对多个进程的管理，也要先创建用于描述进程属性的结构体对象再进行组织，最终会转化为对某种数据结构的增删查改
3. task_struct 是 Linux 内核的⼀种数据结构类型，它会被装载到RAM(内存)里并且包含着进程的信息

PCB结构体大致包括：

• 标示符：描述本进程的唯⼀标⽰符，⽤来区别其他进程
• 进程的状态，进程是启动，是休眠，还是关闭
• 进程的优先级，同时存在多种进程优先执行哪个进程
• 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
• 其它信息

4. 我们使用ps ajx来获取操作系统上的所有进程信息
   
5. 现在运行一个死循环程序并使用ps ajx |head -1 && ps ajx | grep 二进制文件名查看进程信息，其中PID就是该进程的标识符

6. Linux中在/proc系统目录中，存储着进程的进程的信息
   
7. 使用ll /proc/标识符，查看该进程的属性

1. exe文件时链接文件，exe对应着二进制可执行文件的绝对路径
2. cwd是当前进程的工作目录，进程的所有工作都将默认在这个工作目录中执行，进程在运行时产生临时文件的路径即默认为cwd对应的工作目录下
   
3. 如果要修改当前进程的工作目录，使用函数chdir()，传入修改后的工作路径即可