目录
- 冯诺依曼体系结构
- 操作系统(Operator System)
- 概念
- 设计OS的目的
- 定位
- 如何理解 "管理"
- 总结
- 系统调用和库函数概念
- 进程
- 概念知识点
- 基本概念
- 描述进程-PCB
- task_struct-PCB的一种
- task_ struct内容分类
- 组织进程
- 查看进程
- 通过系统调用获取进程标示符
- 通过系统调用创建进程-fork初识
- 代码
- fork知识点
- 进程状态
- 看看Linux内核源代码怎么说
- Z(zombie)-僵尸进程
- 僵尸进程危害
- 孤儿进程
- 状态知识点
- 进程优先级
- 基本概念
- 查看系统进程
- PRI and NI
- PRI vs NI
- 查看进程优先级的命令
- 用top命令更改已存在进程的nice：
- 其他概念
- 环境变量
- 基本概念
- 常见环境变量
- 查看环境变量方法
- 测试PATH
- 测试HOME
- 和环境变量相关的命令
- 环境变量的组织方式
- 通过代码如何获取环境变量
- 环境变量通常是具有全局属性的
- 实验
- 知识点
冯诺依曼体系结构
截至目前，我们所认识的计算机，都是有一个个的硬件组件组
- 输入单元：包括键盘, 鼠标，扫描仪, 写板等
- 中央处理器(CPU)：含有运算器和控制器等
- 输出单元：显示器，打印机等
关于冯诺依曼，必须强调几点：
- 这里的存储器指的是内存
- 不考虑缓存情况，这里的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)
- 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。
- 一句话，所有设备都只能直接和内存打交道。
对冯诺依曼的理解，不能停留在概念上，要深入到对软件数据流理解上，请解释，从你登录上qq开始和某位朋友聊天开始，数据的流动过程。 从你打开窗口，开始给他发消息，到他的到消息之后的数据流动过程。如果是在qq上发送文件呢？
操作系统(Operator System)
概念
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）
- 其他程序（例如函数库， shell程序等等）
设计OS的目的
- 与硬件交互，管理所有的软硬件资源
- 为用户程序（应用程序）提供一个良好的执行环境
定位
- 在整个计算机软硬件架构中，操作系统的定位是： 一款纯正的“搞管理”的软件
如何理解 “管理”
- 管理的例子
- 描述被管理对象
- 组织被管理对象
总结
计算机管理硬件
- 描述起来，用struct结构体
- 组织起来，用链表或其他高效的数据结构
系统调用和库函数概念
- 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。 - 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。
进程
概念知识点
基本概念
- 课本概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序等
- 内核观点：担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体。
描述进程-PCB
- 进程信息被放在一个叫做进程控制块的数据结构中，可以理解为进程属性的集合。
- 课本上称之为PCB（process control block）， Linux操作系统下的PCB是:
task_struct-PCB的一种
- 在Linux中描述进程的结构体叫做task_struct。
- task_struct是Linux内核的一种数据结构，它会被装载到RAM(内存)里并且包含着进程的信息。
task_ struct内容分类
- 标示符: 描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。
- 状态: 任务状态，退出代码，退出信号等。
- 优先级: 相对于其他进程的优先级。
- 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[休学例子，要加图CPU，寄存器]。
- I／ O状态信息: 包括显示的I/O请求,分配给进程的I／ O设备和被进程使用的文件列表。
- 记账信息: 可能包括处理器时间总和，使用的时钟数总和，时间限制，记账号等。
- 其他信息
组织进程
可以在内核源代码里找到它。所有运行在系统里的进程都以task_struct链表的形式存在内核里。
查看进程
通过系统调用获取进程标示符
- 进程id（PID）
- 父进程id（PPID）
通过系统调用创建进程-fork初识
- 运行 man fork 认识fork
- fork有两个返回值
- 父子进程代码共享，数据各自开辟空间，私有一份（采用写时拷贝）
代码
fork知识点
进程状态
看看Linux内核源代码怎么说
- 为了弄明白正在运行的进程是什么意思，我们需要知道进程的不同状态。一个进程可以有几个状态（在
Linux内核里，进程有时候也叫做任务）。
下面的状态在kernel源代码里定义
Z(zombie)-僵尸进程
- 僵死状态（Zombies）是一个比较特殊的状态。当进程退出并且父进程（使用wait()系统调用,后面讲）
- 没有读取到子进程退出的返回代码时就会产生僵死(尸)进程
- 僵死进程会以终止状态保持在进程表中，并且会一直在等待父进程读取退出状态代码。
- 所以，只要子进程退出，父进程还在运行，但父进程没有读取子进程状态，子进程进入Z状态
ptrace系统调用追踪进程运行，有兴趣研究一下
来一个创建维持30秒的僵死进程例子：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
if (id < 0)
{
perror("fork");
return 1;
}
else if (id > 0)
{ //parent
printf("parent[%d] is sleeping...\n", getpid());
sleep(30);
}
else
{
printf("child[%d] is begin Z...\n", getpid());
sleep(5);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
return 0;
}
编译并在另一个终端下启动监控
开始测试
看到结果
僵尸进程危害
- 进程的退出状态必须被维持下去，因为他要告诉关心它的进程（父进程），你交给我的任务，我办的怎
么样了。可父进程如果一直不读取，那子进程就一直处于Z状态？是的！ - 维护退出状态本身就是要用数据维护，也属于进程基本信息，所以保存在task_struct(PCB)中，换句话
说， Z状态一直不退出， PCB一直都要维护？是的！ - 那一个父进程创建了很多子进程，就是不回收，是不是就会造成内存资源的浪费？是的！因为数据结构
对象本身就要占用内存，想想C中定义一个结构体变量（对象），是要在内存的某个位置进行开辟空
间！ - 内存泄漏?是的！
- 如何避免？
孤儿进程
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
if (id < 0) {
perror("fork");
return 1;
}
else if (id == 0) {//child
printf("I am child, pid : %d\n", getpid());
sleep(10);
}
else {//parent
printf("I am parent, pid: %d\n", getpid());
sleep(3);
exit(0);
}
return 0;
}
来段代码：
状态知识点
进程优先级
基本概念
- cpu资源分配的先后顺序，就是指进程的优先权（priority）。
- 优先权高的进程有优先执行权利。配置进程优先权对多任务环境的linux很有用，可以改善系统性能。
- 还可以把进程运行到指定的CPU上，这样一来，把不重要的进程安排到某个CPU，可以大大改善系统整
体性能
查看系统进程
PRI and NI
- PRI也还是比较好理解的，即进程的优先级，或者通俗点说就是程序被CPU执行的先后顺序，此值越小
进程的优先级别越高 - 那NI呢?就是我们所要说的nice值了，其表示进程可被执行的优先级的修正数值
- PRI值越小越快被执行，那么加入nice值后，将会使得PRI变为： PRI(new)=PRI(old)+nice
- 这样，当nice值为负值的时候，那么该程序将会优先级值将变小，即其优先级会变高，则其越快被执行
- 所以，调整进程优先级，在Linux下，就是调整进程nice值
- nice其取值范围是-20至19，一共40个级别。
PRI vs NI
- 需要强调一点的是，进程的nice值不是进程的优先级，他们不是一个概念，但是进程nice值会影响到进
程的优先级变化。 - 可以理解nice值是进程优先级的修正修正数据
查看进程优先级的命令
用top命令更改已存在进程的nice：
- top
- 进入top后按“r”–>输入进程PID–>输入nice值
其他概念
- 竞争性: 系统进程数目众多，而CPU资源只有少量，甚至1个，所以进程之间是具有竞争属性的。为了高
效完成任务，更合理竞争相关资源，便具有了优先级 - 独立性: 多进程运行，需要独享各种资源，多进程运行期间互不干扰
- 并行: 多个进程在多个CPU下分别，同时进行运行，这称之为并行
- 并发: 多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式，在一段时间之内，让多个进程都得以推进，称之为
并发
环境变量
基本概念
常见环境变量
- PATH : 指定命令的搜索路径
- HOME : 指定用户的主工作目录(即用户登陆到Linux系统中时,默认的目录)
- SHELL : 当前Shell,它的值通常是/bin/bash
查看环境变量方法
测试PATH
- 创建hello.c文件
- 对比./hello执行和之间hello执行
- 为什么有些指令可以直接执行，不需要带路径，而我们的二进制程序需要带路径才能执行？
- 将我们的程序所在路径加入环境变量PATH当中, export PATH=$PATH:hello程序所在路径
- 对比测试
- 还有什么方法可以不用带路径，直接就可以运行呢？
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("hello world!\n");
return 0;
}
测试HOME
- 用root和普通用户，分别执行 echo $HOME ,对比差异
. 执行 cd ~; pwd ,对应 ~ 和 HOME 的关系
和环境变量相关的命令
- echo: 显示某个环境变量值
- export: 设置一个新的环境变量
- env: 显示所有环境变量
- unset: 清除环境变量
- set: 显示本地定义的shell变量和环境变量
环境变量的组织方式
通过代码如何获取环境变量
- 命令行第三个参数
- 通过第三方变量environ获（libc中定义的全局变量environ指向环境变量表environ没有包含在任何头文件中,所以在使用时要用extern声明。）
- 通过系统调用获取或设置环境变量（getenv/ putenv）
获取环境变量的代码
1 #include<stdio.h>
2 #include<stdlib.h>
3 #include<unistd.h>
4 // main函数有三个参数
5 // int argc 存放命令行参数的个数 (argc / argv )
6 // char* argv[] 命令行参数 字符数组,每个元素都是一个指针，指向一个字符串
7 // char* env[] 环境变量,子进程的环境变量是从父进程来的，默认所有的环境变量都会被子进程继承
8 int main(int argc, char* argv[], char* env[])
9 {
10 int n = 0;
11 for(n = 0; n < argc; n++)
12 {
13 printf("argv[%d] %s\n", n, argv[n]);
14 }
15 // ///
16 int i = 0;
17 // 通过命令行参数获取环境变量
18 printf("begin-----------------------------------------\n");
19 for(i = 0; env[i]; i++)
20 {
21 printf("env[%d]: %s\n",i , env[i]);
22 }
23
24 printf("end-----------------------------------------\n");
25
26 // 通过第三方获取环境变量
27 extern char** environ; // environ不要写错了
28 printf("begin-----------------------------------------\n");
29 for(i = 0; environ[i]; i++)
30 {
31 printf("envrion[%d]: %s\n",i , environ[i]);
32 }
33
34 printf("end-----------------------------------------\n");
35
36 // 通过getenv(setenv)获取环境变量
37 printf("getenv: %s\n", getenv("PATH"));// 根据环境变量名获取
38
39 return 0;
40 }
获取命令行参数的代码
1 #include<stdio.h> .
2 #include<stdlib.h>
3 #include<unistd.h>
W> 4 int main(int argc, char* argv[], char* env[])
5 {
6 int n = 0;
7 for(n = 0; n < argc; n++)
8 {
9 printf("argv[%d] %s\n", n, argv[n]);
10 }
11 return 0;
12 }
编译上面获取命令行参数的代码，现象
环境变量通常是具有全局属性的
环境变量通常具有全局属性，可以被子进程继承下去
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
char* env = getenv("MYENV");
if (env) {
printf("%s\n", env);
}
return 0;
}
直接查看，发现没有结果，说明该环境变量根本不存在
- 导出环境变量
export MYENV=“hello world” - 再次运行程序，发现结果有了！说明：环境变量是可以被子进程继承下去的！想想为什么？
实验
- 如果只进行 MYENV＝ “helloworld” ,不调用export导出，在用我们的程序查看，会有什么结果？为什么？
- 普通变量
知识点
