操作系统初识

操作系统初识

操作系统

概念

操作系统，是一个“软件”，是计算机上最重要，最复杂的软件之一。常见的操作系统有：Windows，Linux，Mac，iOS，Android 等。

作用

操作系统是一个管理计算机资源的软件，会管理好各种硬件设备，会给各种软件提供稳定的运行环境。

进程

进程说白了就是一个跑起来的程序，就是可执行文件“.exe”文件：
双击这些 exe 文件之后，操作系统就会把这个 exe 文件加载到内存当中，并且让 CPU 开始执行 exe 内部的一些指令，这些运行起来的可执行文件就是 进程。像任务管理器里面看到的这些，都是进程。进程也叫任务：

要想让一个进程正常工作，就需要给这个进程分配一些系统资源：内存，硬盘，CPU

线程

线程是进程内部的一个部分，进程包含线程，加入进程是一个工厂，线程就是工厂里面的流水线。

操作系统如何管理进程

1. 先描述一个进程（明确出一个进程上面的一些相关属性）
2. 再组织若干个进程（使用一些数据结构，把很多描述进程的信息放到一起，方便增删改查）。在 Linux 当中典型的实现：双向链表。通过双向链表，把每个进程的 PCB 连起来。

操作系统里面主要是通过 C/C++ 来实现对一个进程的描述，所以这里的描述就是用：结构体 来描述的，和 Java 的类差不多，不过结构体功能更简单。操作系统当中描述进程的结构体，叫做：PCB（进程控制块）。

创建进程：就是创建出 PCB，然后加到双向链表当中。
销毁进程：就是找到 PCB，然后从链表当中删除

PCB 当中的一些属性

1. pid（进程id）：进程的身份标识。
2. 内存指针：指明了这个进程要执行的代码/指令在内存的哪里，以及这个进程当中依赖的数据都在哪里。
3. 文件描述符表：程序运行过程当中，和文件处理有关。每次打开一个文件，就会在文件描述符表上多增加一项。(文件描述符表可以看作是一个数组，里面的每个元素又是一个结构体，就对应一个文件的相关信息）
4. 一个进程只要启动，就会默认打开三个文件：标准输入，标准输出，标准错误。

并发和并行

并行：微观上：多个 CPU 核心，同时执行多个任务的代码。
并发：微观上，一个 CPU 先执行一会儿任务1，再执行任务2，再执行任务3，然后再执行任务1，这样来循环。宏观上来看，切换的快，就好像很多任务在同时执行。

进程的调度

实现进程调度所需的属性：状态，优先级，上下文，记账信息。进程调度（多任务操作系统）：一个系统同一时间，执行了很多的任务。

1. 进程的状态：描述了当前的进程接下来应该怎么调度。就绪：随时可以到 CPU 上去执行，就是随叫随到。阻塞/睡眠 状态：暂时不可以去 CPU 上执行。
2. 进程的优先级：先给谁分配时间，后给谁分配时间。以及给谁分配的多，给谁分配的少。
3. 进程的上下文：表示上次进程被调度出 CPU 的时候，当时程序的状态，下次进程进入 CPU 的时候，就恢复到之前的状态，然后继续往下执行。 就类似于存档和读档。
4. 进程的记账信息：统计每个进程都分别被执行了多久，分别都执行来哪些指令，分别都排队等了多久，给进程调度提供指导依据。

进程的调度，其实就是 操作系统在考虑 CPU 资源如何给各个进程分配。
内存资源是通过：虚拟地址空间来分配的，就是进程的独立性。
由于操作系统上，同时运行很多进程，某个进程出现 bug 并不会影响其它进程，因为做到了进程独立，就是使用了：虚拟地址空间。如果发现某个程序出现 bug 了，就可能引起其它进程的崩溃。解决方法就是给出很多线程，这些道路之间彼此隔离开，彼此走各自的道路，就不用担心引起其它进程的崩溃。
进程间通信：有些时候，进程是需要交互的，所以就提供一个公共空间来进行交互。一个进程把数据放到公共空间，另外一个进程来取走，这样的话，隔离性就不会被打破。
在操作系统当中，提供的”公共空间“有很多种，而且各有特点，有的存储空间大，有的小，有的快，有的慢。操作系统当中提供了很多种这样的进程间的通信方式。现在最主要的就是：文件操作(I/O)，网络操作(socket)。