初识Linux · 进程（1）

前言：

都说类和对象是C++中的第一个里程碑节点，那么Linux系统编程部分的第一个里程碑节点就是进程的引入，可以说我们前面的所有学习，都没有真正的开始学习Linux，我们只不过是从0开始了解一个新的软件的最基本使用而已，我们现在开始了解的是更深层次的东西，所以学习进程之前，我们应该具备一定的预备知识，所以本文注重的是预备知识，后面再介绍进程。

1 冯诺依曼体系

这位科学家是一位十分伟大的科学家->冯诺依曼，是他创建了冯诺依曼体系，让计算机跨越了一个新的时代，那么什么是冯诺依曼结构体系呢？

如图所以，就是冯诺依曼结构体系，乍一看好像也没有什么大不了的，我们不妨简要分析一下这个结构图，一共有5个元件，这5个元件拉通了大部分计算机的结构。

输入设备就像键盘，鼠标，话筒等，输出设备比如显示器，扬声器等，存储器的概念是十分广泛的，严谨起见，这里的存储器我们看作内存，实际上存储器分为一个金字塔，主存储器是内存而已：

我们从最上往下看，这就是存储的金字塔，从上往下一次是寄存器，一级缓存，二级缓存，三级缓存，内存，不同类别的硬盘，有人就问了，为什么存储器要那么复杂？

我们先从造价来看，当我们在市面上买内存条或者是硬盘的时候，都会发现内存的价格往往比硬盘的价格要高，我们结合内存金字塔，不难发现，从下往上，就越靠近Cpu，也就是和cpu联系更紧密，并且从冯诺依曼结构体系中Cpu分为控制器和运算器，那么Cpu要进行运算，运算的数据从哪里来呢？

答案就是从存储器，那么也就是说，越靠近Cpu要求的读写速度就越高，所以寄存器的容量很小，只有几个字节，但是速度确实非常的快。

所以我们能得出一个答案就是，越靠近CPU的存储器越贵，越快，容量越小。

这是冯诺依曼结构体系的一个简单介绍，但是这还不足以说明，为什么这个体系足以让世人铭记于此。

是这样的，冯诺依曼引入了存储器的概念，也就是说，在没有存储器之前，Cpu要进行运算只能从输入设备读取数据，可我们都知道cpu的运行速度是难以想象的快，我们从键盘一个一个的输入数据，是不是太难为Cpu了？

最开始计算机被发明就是用来进行计算的，但是奈何后面的cpu的计算速度实在太快了，二者的速度不对等，冯诺依曼引入了存储器，也就是说，解决了木桶效应：

我们都知道，整个木桶能装的水都是看木桶最短的板子是多长，那么计算机同理，整机的速度是取决于速度最慢的硬件。

那么引入了存储器，就能解决速度不对等的问题，具体是因为，cpu计算数据的时候，不再需要等待键盘输入数据，它只需要去内存里面进行读取数据进行，也就是存储器，存储器里面预先加载好数据，然后CPU进行运算即可。那么存储器也不可能全部上最快的，所以存在金字塔的概念，一级一级的递增，从而使计算机跨入了一个新的时代。

而由冯诺依曼结构知道，cpu是不直接和外设打交道的，不管是读取数据还是干什么，cpu能直接打交道的只有存储器，体系中有数据流和控制流，虽然cpu和输入设备存在控制流，但是并不是直接的控制，所以有一个重要结论就是cpu不能直接和外设打交道。

运算也是，运算器从存储器读取数据，然后返回给存储器，此时就完成了cpu的工作。

对于冯诺依曼体系的简单了解我们就到这里。

2 尝试理解操作系统

欸有人就有疑惑了，这和操作系统有什么关系？不要忘记了，操作系统是可以直接杀死进程或者直接回收进程的。

所以我们应该尝试理解操作系统。

从概念上看，我们在最开始已经介绍了操作系统是一个软件，进行软硬件资源管理的软件，那么在Linux最开始的部分，我们知道从广义上来看，操作系统不仅包括了操作系统的内核，还包括了外壳程序（使用户不能直接进行访问操作系统内核的），那么狭义上来看，操作系统就是操作系统的内核，欸？这样是不是很容易让人扑朔迷离，是这样的，操作系统不止是操作系统，它是计算机中的一个大类，里面不仅有操作系统的内核，还有驱动程序，外壳程序，操作系统提供的系统接口等，所以我们知道会有一个结构是关于操作系统的，那么我们先来看一下操作系统的不完整的结构:

这是最简单的一个概念图，从冯诺依曼结构体系，我们知道最底层的应该是硬件部分，那么往上应该是操作系统的内核，所以操作系统的内核就出来了，里面进行了一些管理，比如进程管理，内存管理，文件系统管理等，在网上就是shell指令了，那么肯定有人好奇为什么操作系统和硬件之间夹杂着驱动程序？

你想，操作系统是进行软硬件资源管理的一个软件，那么硬件的数据进行了改变，是不是要在操作系统层面进行更新?但是从冯诺依曼结构体系我们知道，能直接和外设打交道的只有存储器，操作系统是存储器吗？不是吧？那么我们怎么进行管理呢？

我们首先明了一个问题，操作系统管理硬件，是管理的硬件本身还是硬件的数据？是数据吧？所以我们只需要将硬件的数据进行管理即可。那么怎么拿到数据呢？此时驱动程序就有了，又驱动程序获取硬件的数据，驱动程序的来源不是计算机本身有的：

像这种，甚至连接了新的外设之后，我们还需要自己更新驱动，驱动程序是厂商自己写的，比如雷蛇鼠标，第一次连接鼠标之，系统会自动安装驱动，这个过程的本质就是将鼠标的数据拿到，从而实现管理。

现在不难理解，驱动程序就是辅助操作系统实现硬件的管理的。驱动程序有了数据，会将数据以内存块的形式打包给操作系统，操作系统以链表的形式管理硬件，所以操作系统管理硬件，从硬件本身到硬件的数据，实际上就是管理的链表，这是操作系统在硬件方面要做的管理事。

现在我们引入一个问题，C语言和C++语言的区别是什么？相信大部分人都能知道C语言是一门面向过程的语言，C++是一门面向对象的语言。

那么具体体现在哪里呢？C语言解决问题往往是通过一个一个的函数来解决的，C++解决问题的时候，第一件事情往往都是创建一个类，通过面向对象的特点，封装继承多态，封装类里面的函数等，派生类继承父类，一个函数多种实现方法来解决。

那么我们从C++的解决来看，不难看出，我们都是先创建一个类，给类一定的成员变量和一定的成员函数，从而实现解决。

再引入一个问题，你如何证明你是某所高校的学生？难道是直接去给别人说，我是某某高校的学生就可以了吗？当然不可以，这样的话校长也蒙了，我怎么不知道？

校园承认你是它里面的学生往往只会通过一个点，就是，你有对应的数据，比如你的学号，你的宿舍号，你的高中档案等。

这些才能证明，所以！！！结合操作系统，操作系统就是校长，他要对你进行管理，需要的是你的数据，数据怎么来？数据通过描述得来，就像C++一样，通过描述类，来创建对象的来。

那么校长有了对应的数据，就来开始组织了，比如知道你是大一的，那就把你组织成大一的，这就是一种组织方式。

所以，操作系统管理的本质，就是先描述，再组织！

需要有各个数据，然后才能进行对应的管理。这6个字会贯通整个操作系统。

那么我们再来看看操作系统较为完整的结构图：

这里就简单提及一点，如果整个计算机是银行，我们就是老大爷，不知道如何存取钱，所以需要客服带我们去柜台进行相关操作，系统调用结构就是同理，是操作系统提供给用户的函数，那么这势必会暴露操作系统内核，所以有的时候系统被攻击了，部分原因就是因为这个。

所以用户想要访问操作系统，访问操作系统中的进程管理等，就必须需要操作系统提供的系统调用函数。

感谢阅读！