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操作系统

操作系统是一个搞管理的软件

1.管理各种硬件设备

2.给各种应用程序，提供一个稳定的运行环境

操作系统中的重要概念：进程

管理进程：多了就需要管理

1.先描述出一个进程是啥样的

2.再把多个进程组织起来

PCB中的一些关键要点

1.PID（进程ID）

2.内存指针

3.文件描述符表

PCB的进一步属性：进程调度

并发执行

并行执行

4.进程状态

5.进程优先级

6.进程的上下文

7.进程的记账信息

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闲聊：关于算法学习方面的问题

当下的就业环境非常卷=>好公司会收到大量的简历

所以为了从几万人中筛选出100~200人（筛掉90%左右的人），要考算法（考的这个算法，对于实际工作，没有任何帮助）

目的就是筛选出两类人：

1.特别聪明

2.特别勤奋

如果不是特别聪明，也不是专门训练过，想通过笔试，概率非常低

而且算法能力无法速成！

有一些企业算法的难度是拿往年的国际算法大赛的题目来作为对标

我们作为一个程序员，另外一个很重要的事情：秋招之后，找到工作了，不应该着急去实习，而是玩~

因为10月到明年7月是人生中最后一段最轻松、最没有压力的时间了~

操作系统

继续上一节说：Java EE：1.计算机是如何工作的（第二弹）

闲聊：操作系统和CPU之间的联系

是一种你控制我，我控制你的关系~

操作系统本身也是一个软件，也是由一系列指令构成的，CPU就会依次执行操作系统上的这些指令，操作系统才跑起来

此时运行某个进程，操作系统就会进行加载指令数组到内存，并让CPU来执行这里的指令~

操作系统是一个搞管理的软件

1.管理各种硬件设备

驱动：和硬件配套的软件，操作系统通过驱动程序间接管理硬件设备

所有的硬件设备，都是这样的，系统通常会内置一些通用的驱动程序~

举个例子：罗技G502，按钮特别多，十几个按钮，比普通鼠标多好多~

当把鼠标插在电脑上，发现其他按钮都不好使，电脑只是把这个鼠标当成普通鼠标处理~

此时就需要去罗技官网找罗技鼠标的驱动程序：G-HUB软件

再举个例子：买了个新的显卡，插到电脑上了，必须给显卡安装对应的驱动，才能发挥全部功力~

2.给各种应用程序，提供一个稳定的运行环境

稳定的运行环境：这些应用程序，工作过程中是互不干扰的~

操作系统中的重要概念：进程

进程：一个运行起来的程序

现代计算机同时跑百十来个进程很常见

管理进程：多了就需要管理

站在操作系统的视角，如何管理进程？

1.先描述出一个进程是啥样的

由于主流的操作系统都是C语言写的，因此使用结构体，来描述出进程的核心属性~

这个结构体称为：进程控制块（PCB）

这是个非常大的结构体，有很多很多属性~

2.再把多个进程组织起来

比如Linux这样的操作系统，使用链表的形式把多个PCB串到一起~

注意形式不局限于链表

具体操作过程：

①创建一个新的进程

创建一个PCB，初始化PCB中的各个属性，然后把PCB加到链表上~

②销毁一个进程

在链表中找到这个PCB，并且在链表上删除掉~

③查看进程列表

遍历链表，取出链表上每个元素，把里面的一些关键信息显示到界面上~

PCB中的一些关键要点

1.PID（进程ID）

PID：进程身份的标识符

2.内存指针

内存指针：本质是一组指针，能够找到进程需要执行的指令在哪里，指令依赖的数据又在哪里~

进程运行的过程中，需要依赖内存资源~

当我们双击.exe文件去运行一个程序，就会创建一个进程

这就涉及到操作系统加载的过程：

拿CSDN举例，CSDN.exe是一种可执行文件（保存在硬盘上的一段数据），保存以下内容

①CSDN这个程序运行过程中，都要执行那些二进制指令

.exe是程序员写的代码生成的，代码最终被编译成二进制指令，就包含在.exe文件中了~

②这些指令运行过程中，依赖的数据~

操作系统会把.exe中的指令和数据读取出来加载到内存中，后续进程在运行中，就会从指令内存区域里一条一条的读取指令并执行~

3.文件描述符表

进程运行过程中，很多时候需要和硬盘这个硬盘设备去进行交互，硬盘上的数据就是以文件的形式来组织的~

进程在读写文件的时候，需要先“打开文件”（类似C语言上打开文件用的是“fopen”）

每次打开一个文件，就会把这个文件的信息保存在文件描述符表中~

表里的每个项，就对应着一个打开了的文件~

操作系统中，会把很多资源都抽象成文件来表示，不一定是硬盘上的资源~

比如网卡，操作系统管理网卡的时候，就是当作“文件”一样来管理~

进程的运行，也会依赖到硬盘、网卡等相关的资源设备

进程运行、执行指令，都是靠CPU的，进程也需要消耗CPU资源

进程是操作系统中资源分配的基本单位

PCB的进一步属性：进程调度

进程调度：操作系统进行进程管理的过程中，需要完成的重要工作

包括以下4点：

4.进程状态

5.进程优先级

6.进程的上下文

7.进程的记账信息

当一个电脑上进程由百八十个，但是电脑CPU核心数20个

我们知道，一个CPU逻辑核心，同一时刻，只能执行一个进程的指令

20个干活的牛马，如何同时进行一百多个任务的工作？？

早期的计算机的操作系统是“单任务”操作系统

同一时刻，只能运行一个进程，要想运行下一个进程，就必须结束上一个进程~

于是后来出现了“多任务”操作系统（在有多核处理器之前，多任务系统就已经有了）：即使CPU只有一个核心，也能同时运行多个进程

关键在于“分时复用”：把一个单位时间分成和很多份

第一份，运行进程1的指令

第二份，运行进程2的指令

……

CPU运行速度足够快，上述的切换过程也会非常快，快到超出人类的反应时间，使人看起来感觉好像这些进程在“同时执行”一样~

当然，如果运行的任务实在太多了，人也是有可能感知到这个卡顿的过程的~

并发执行

在一个CPU核心上，按照分时复用，执行多个进程这样的方式，称为“并发执行”

与并行执行区别：人看起来是同时执行，微观上，其实是一个CPU在串行执行，切换速度极快

并行执行

在多个CPU核心上，同时执行多个进程这样的方式，称为“并行执行”

与并发执行区别：雀食就是“同时执行”

现代CPU在运行进程的时候，并发和并行是同时存在的

程序员写代码的时候，无法区分当前这些进程是并行执行还是并发执行~

所以也会把并行和并发统称为“并发”

因为需要并发执行，所以操作系统需要进行进程的快速切换，也就是“进程调度”

类比：假设一个美女叫小美，同时谈了三个男朋友：A很有钱、B很帅、C很会舔（舔🐶），默认情况下这三个小哥哥都是“随叫随到”~

小美就要合理规划时间，使这三个人彼此不能感知到对方存在~

规划时间表：

周一周二：和A约会

周三周四：和B约会

周五周六：和C约会

周日：休息

这个状态就是：分时复用，并发执行~

定制时间表，并且按照时间表来执行，就是进程调度的过程~

4.进程状态

进程有很多状态，其中两个最典型的

①就绪状态=>随叫随到

进程可以随时到CPU上进行执行

②阻塞状态

进程当前不适合到CPU上执行

约会的时候提前规划好周一和A约会，就不适合和B约会~

5.进程优先级

这么多进程，它们到CPU上运行的机会是均等的嘛？

不是，有些进程就是要优先级更高一些，吃到CPU更多的资源

好比你在玩黑马喽的同时电脑上也运行QQ

那么我们就需要黑马喽的进程优先级更高一点，因为卡了一下，可能就被虎先锋拍死了~

而QQ哪怕吃CPU资源少，延迟几秒收到消息也无妨~

6.进程的上下文

进程调度：一个进程执行一会儿，失去CPU，过了一段时间后，进程还是会回到CPU上执行

那么是沿着上次执行到的状态继续执行还是重头执行？？

是继续执行，进程在CPU中运行的过程中

CPU上的各种寄存器，就表示了当前进程运行的“中间状态”

保存上下文：把CPU中的这些寄存器的值，保存到内存中（PCB的对应属性中）

恢复上下文：把PCB中刚才保存的属性，填写回对应的寄存器中

这个过程类似于游戏中的存档、读档

答疑：寄存器不是存储数据嘛？

寄存器不只是存储中间结果，也会存储当前这个进程执行到第几条指令了、以及当前进程中的“函数调用关系”……

这些内容是KB级别的存储空间，所以完全存的下

7.进程的记账信息

统计功能，统计每个进程在CPU上运行了多久，如果发现某个进程好久没有吃到CPU资源了，就会给这个进程倾斜一些资源~

比如小美去跟A和B约会，分配了比较多的时间，为了防止C去舔别的女人，就适当的给C一些甜头，比如把不用的发圈送给他，让C继续舔~