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程序和进程
程序#xff1a;是指编译好的二进制文件#xff0c;在磁盘上#xff0c;不占用系统资源(cpu、内存、打开的文件、设备、锁…) 进程#xff1a;是一个抽象的概念#xff0c;与操作系统原理联系紧密。进程是活跃的程序#xff08;程序员角度是指编译好的二进制文件在磁盘上不占用系统资源(cpu、内存、打开的文件、设备、锁…) 进程是一个抽象的概念与操作系统原理联系紧密。进程是活跃的程序程序员角度占用系统资源分配资源的基本单位操作系统角度。在内存中执行。(程 序运行起来产生一个进程)
进程与程序的关系
程序就好像剧本而进程呢就像一台戏。 同一个剧本可以在多个舞台同时上演。同样同一个程序也可以加载为不同的进程(彼此之间互不影响)
程序占用磁盘空间不占用系统资源进程占用系统资源程序没有生命周期进程有生命周期
并发
并发在操作系统中一个时间段中有多个进程都处于已启动运行到运行完毕之间的状态。但任一个时刻点 上仍只有一个进程在运行。 例如当下我们使用计算机时可以边听音乐边聊天边上网。 若笼统的将他们均看做一个进程的话为什么 可以同时运行呢因为并发。
单道程序设计
所有进程一个一个排对执行。若 A 阻塞B 只能等待即使 CPU 处于空闲状态。而在人机交互时阻塞的出现时 必然的。所有这种模型在系统资源利用上及其不合理在计算机发展历史上存在不久大部分便被淘汰了。 就是一群人排队必须等前面人把事情处理完前面人如果生病了或者突然有事走了后面人不能办事必须等前面的人回来办完才能轮到自己
多道程序设计
在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序它们在管理程序控制之下相互穿插的运行。多道程序设计必 须有硬件基础作为保证。
时钟中断
即为多道程序设计模型的理论基础。 并发时任意进程在执行期间都不希望放弃 cpu。因此系统需要 一种强制让进程让出 cpu 资源的手段。时钟中断有硬件基础作为保障对进程而言不可抗拒。 操作系统中的中断 处理函数来负责调度程序执行。
分时复用
在多道程序设计模型中多个进程轮流使用 CPU(分时复用 CPU 资源)。而当下常见 CPU 为纳秒级1 秒可以执 行大约 10 亿条指令。由于人眼的反应速度是毫秒级所以看似同时在运行。 1s1000ms,1ms1000us,1us1000ns 1000000000 实质上并发是宏观并行微观串行
CPU和MMU 硬盘存储容量大速度慢磁盘把数据放到内存中内存按理说可以直接把数据放到cpu中寄存器中去执行但是为了提高效率又在中间加了一个缓存Cache缓冲区通过Cache进入CPU
进到CPU中并不是整个程序而是一条一条指令以二进制形式处理而从Cache进入CPU处理之前要先经过预处理编译汇编链接把程序中的每一条指令变为二进制
预取器
从cache中把指令取出来交给译码器译码
译码器
分析指令干什么要用什么寄存器
算术逻辑单元ALU
执行运算所有的运算都是通过模拟出来。计算完后把数据给CPU中的寄存器堆。再给缓存
MMU 两个相同的程序运行两次产生两个进程用户块映射的物理内存不一样因为进程彼此独立但内核块映射的区域是一样的PCB(进程描述符)位于内核空间当中但是两个进程的PCB不一样位于同一块物理内存里。
右边是虚拟地址空间在程序运行时产生虚拟内存其实不存在所有的数据实际是放在内存条中所以存在一个对映的关系一个1GB的实际内存如何编写出来4GB的虚拟内存
虚拟地址可用地址范围有4GB 例如0x804a400 int a 10;//此时的地址是虚拟地址它对应的实际地址是另外一个值 MMU就是帮忙对应虚拟地址和实际地址也就是映射 另外一个问题虚拟地址空间中0~3GB是用户可以使用的大小而3~4GB是内核空间内核可以访问用户的空间但用户访问不了内核的但是实际内存中并没有什么用户和内核的划分所以需要有个东西来制定相应的访问权限的问题。 MMU设置修改内存访问级别的问题
进程描述符PCB
我们知道每个进程在内核中都有一个进程控制块PCB来维护进程相关的信息Linux 内核的进程控制块是 task_struct 结构体。/usr/src/linux-headers-3.16.0-30/include/linux/sched.h 文件中可以查看 structtask_struct 结构体定义。PCB中的主要成员如下 进程 id。系统中每个进程有唯一的 id在 C 语言中用 pid_t 类型表示其实就是一个非负整数。 进程的状态有就绪、运行、挂起、停止等状态。 进程切换时需要保存和恢复的一些 CPU 寄存器。 这里说一下之前说过CPU分时机制可以在一个进程突然有事不能运行的情况下再运行其他程序等这个程序可以运行时再再次运行所以CPU寄存器中就保存了这个程序在离开时的状态等这个程序再次回来时恢复描述虚拟地址空间的信息。 虚拟地址与物理地址的对应关系MMU中使用一张表记录改信息这张表MMU维护存储在PCB中描述控制终端的信息。 当前工作目录CurrentWorkingDirectory。 umask 掩码。 用来保护文件创建或者修改的权限 文件描述符表包含很多指向 file 结构体的指针。 和信号相关的信息。 用户 id 和组 id。 会话Session和进程组。 进程可以使用的资源上限ResourceLimit 。
进程状态
进程状态保存在PCB 进程基本的状态有 5 种。分别为初始态就绪态运行态挂起态与终止态。其中初始态为进程准备阶段常 与就绪态结合来看。
