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2.冯诺依曼体系结构
冯诺依曼体系结构由:输入设备,存储器,CPU,输出设备构成
现在的计算机大都遵循冯诺依曼体系结构
CPU中央处理器:进行算术运算和逻辑运算
存储器:分为外存(硬盘)和内存,用于存储数据(使用二进制方式存储)
输入设备:用户给计算机发号施令的设备
输出设备:计算机给用户汇报结果的设备
我们这里说一下硬盘和内存,拿它们进行比较:
针对于储存空间来说:
硬盘>内存
对于数据访问速度来说:
内存>硬盘
对于掉电后数据丢失来说,
内存会丢失,硬盘不会丢失数据
3.CPU的核心概念
上面我们说了CPU用于算术运算和逻辑判断.
CPU市面上的常见架构有:
1.X86/X64(桌面端/服务器)
2.arm(移动端/嵌入式/苹果桌面端)
CPU的核心参数有核心数和频率
核心数就是指电脑拥有的cpu个数,频率是指cpu一秒能执行的指令
不同的CPU支持的指令是不同的,X86上的指令和arm是不互通的
4.操作系统核心概念
操作系统,常见的操作系统有:Windows,Linux,MacOS,Android,Unix,iOS,鸿蒙等
操作系统的功能:
1.管理不同的硬件
2.为软件提供稳定的运行环境
操作系统=内核+配套的应用程序
操作系统的内核是操作系统最核心的功能,硬件的驱动程序都是在系统内核中执行的,
内核需要给很多的应用程序提供支持
操作系统有很多api,通过该api去操作硬件以及维护软件,而不同操作系统就有不同的api。但对于java来说是小意思,此处这些系统 api 都被 jvm 给封装好了,java 程序猿一般不会直接接触到系统的 api ,用封装好的就行了,并且针对不同系统用的还是一样的api,可以跨平台(非常类似于 jdbc)
5.进程的概念
进程是操作系统对一个正在运行的程序的一种抽象概念,换言之,可以把进程看做一个正在运行的程序。
在操作系统内部,进程又是操作系统进行资源分配的基本单位
C语言编写的exe文件是可执行文件,当它被打开后被读取到内存中了才被称为进程。
6.进程的管理
那么进程是怎样在操作系统中被管理的呢?
1.使用一种结构体, 把被管理的一个对象,各个属性都表示出来。描述进程的属性这个结构体统称为"进程控制块"PCB(操作系统内核是使用 C/C++ 写的)
2.然后使用双向链表这样的数据结构来组织多个 PCB,创建新的进程, 就是创建 PCB 并且把 PCB 插入到链表中,销毁进程, 就是把 PCB 从链表上删除并释放,展示进程列表,就相当于是遍历链表的每个节点。
一个进程一般使用一个或者多个 PCB 来表示(之所以是多个线程会有所解释)
7.进程的属性
要想更明确认识进程详细特性,还需要讨论下 pcb 里面的属性
pcb 是一个非常庞大的结构体, 包含很多属性.(如果大家去翻操作系统源码是能看到的,linux是开源的,linux 中,pcb 叫做 task struct)
1.pid进程标识符
同一时刻,应该机器上的多个进程之间,PID唯一的,不会重复,操作系统内部的很多操作都是通过PID找到对应的进程的
2.内存指针(一组) 侧面表示出,进程的执行需要一定的内存资源
描述进程依赖的指令和数据都在内存的哪个区域
3.文件描述符表 侧面表示出,进程的执行需要一定的硬盘资源
描述了进程打开了哪些文件(对应硬盘上的数据)
后面还有四个属性,跟进程调度有关,我们等会讲讲进程调度。
7.1进程的调度
进程调度是操作系统决定 哪个进程先用CPU 的过程。因为CPU一次只能运行一个进程,所以操作系统需要通过调度算法(比如轮转调度、优先级调度等)来决定进程的执行顺序。
它导致我们进程能够并发进行,大大提高了效率。
进程并发是指 多个进程同时运行。实际上,单个CPU一次只能运行一个进程,但通过快速切换多个进程(调度),操作系统让它们 快速的交替执行,看起来就跟同时运行一样。 (我们认为同时运行)
如果没有进程调度,CPU只能运行一个进程,直到它结束。这样其他进程就会一直等待,无法实现并发。通过调度,操作系统可以让多个进程快速切换,实现并发执行。
所以进程调度非常重要,进程中有这四个属性影响进程调度。
1.进程的状态
进程状态有就绪状态和阻塞状态等:
就绪状态:进程是可以随时被调度到CPU上执行指令的
阻塞状态:进程是无法被调度到CPU上执行,之所以阻塞是因为要做一些其他的工作,比如进行IO操作(读取硬盘/读写网卡)
除了上面之外,进程还有其他的状态,此处暂时不展开这么多,这些状态会影响调度。
2.进程的优先级
有的进程先执行,有的进程后执行,从而影响调度
3.进程的上下文
把之前执行的中间结果(各种CPU寄存器中的值)保存起来,下次使用时会以结束时的状态继续执行,从而影响调度
4.进程的记账信息
操作系统统计每个进程在CPU上执行的时间,根据这个来进一步调整调度的策略,太少的会变多,太多的会变少
7.2 进程间的通信
具体的实现方式有很多,但是每个方式的核心思想都是一样的,都是要借助一个公共空间,完成数据的交互。
隔壁 C++ 介绍了很多种进程间通信方式,
咱们主要就说两种
1.通过文件.
2.通过网络(socket)
对于java工程师,进程用的并不多,所以这些东西我们初步了解就行了,对它有个认识。进程是c++要深入了解的。