【Linux】Linux进程（一）从冯诺伊曼结构到操作系统

从计算机的模块化问题我们可以进一步引出一个话题——就是标准的话题。人们常说，秦始皇最大的功绩，就是“车同轨，书同文，统一度量衡”，也就是定标准。秦始皇大概是历史上第一个指定标准的人。定标准的往往是行业内的领头羊，要么有技术优势，要么有资本优势。“车同轨，书同文，统一度量衡”减少了沟通成本，而硬件的标准让硬件单元在尺寸上可以拼在一起。

1.4为什么要存在内存

这里我们分开三个部分来讲解——

关于第一点，我们在前面的图中已经解释过了，接下来，我们来看看存储分级的问题和内存的问题

也就是说，内存的存在就是让我们不会用很多的钱去买一台效率一般的电脑，而是能够用较低的成本获取一台效率不错的电脑。换言之，内存的存在就是为计算机提供性价比——让我们能够用较低的成本获取一台效率不错的电脑。只有这样我们普通人才能买的起。

1.5 加深对冯诺伊曼结构理解

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。比如，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？

1.6 总结

冯·诺依曼体系结构是我们计算机（尤其是英特尔架构下的计算机）的一个主要的计算机的骨骼，那么当我们把硬件以及数据在硬件下如何流动搞清楚了，后面我们谈论到诸如操作系统如何加载、可执行程序加载、动态库加载、包括从网络当中获取数据、或者从键盘里输入数据等等，整个过程我们也就能够理解了，至少有一种情况我们已经可以理解了，比如说在以前写C语言和C++时候用过的scanf / printf（获取键盘的输入），从冯·诺依曼体系结构角度，是把scanf / printf对应的可执行程序先加载到内存——键盘输入是先输入到内存——相当于到了程序内部（因为程序本来就在内存内部），即相当于把内存加载到内存内部的程序了，至此我们就获得了用户所输入的数据，这也就相对比较基础地解释了当时为什么scanf写数据的时候能够让我们看到，包括之前艾莉丝更新的进度条的博客里面写过的进度条，为什么printf打印的东西没有直接显示出来——因为printf打印的东西是放在内存当中，之前在软件层面上我们的说法叫“缓冲区”，后面我们在硬件层面上就是写入到内存里面了，写入到内存里面只不过是没刷新出来因而看不到罢了。

2.操作系统OS

2.1概念认识

任何计算机系统都包括一个基本的程序集合，我们称之为 “操作系统（OS）”。操作系统是一个什么样的角色？——我们下面解释。硬件层面呈现的就是冯·诺依曼体系结构；在计算机内部，软件层面还有进程、线程、文件、驱动、内存这样的概念。

我们之前在讲Shell外壳（命令行解释器）的时候讲过一个找媒婆相亲的小故事，uu们可能还记得这张图——

2.1.1 OS概念图解

2.2 设计OS的目的

2.2.1 目的

2.2.2 图解

驱动程序（访问对应硬件），操作系统访问硬件（用驱动程序控制）。

底层硬件驱动硬件，操作系统和硬件并不直接关联。

2.3 如何管理

2.4 操作系统的核心功能

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。

2.5 如何理解“管理”？——以学校为例

2.5.1 学校的例子

2.5.2 小故事图解

学校里面有校长、辅导员、学生，辅导员是管理者吗？不是。辅导员只是执行者！学生是被管理者，而校长才是管理者。管理者要管理被管理者，本质就是管理数据。这里的校长——管理者就是操作系统，辅导员就是驱动（执行者），学生——被管理者——就是硬件。

管理者要管理好被管理者，不需要和被管理者见面（客观事实）！管理者是如何把”我（被管理者）“管理好的的呢？被管理者身上的相关有效数据才是管理的核心。 管理的本质是对数据做管理！！！ 需要根据数据做决策！我们要对特定数据结构做管理。

管理者和被管理者连面都没见过，管理者又是怎么拿到我的数据的呢？——辅导员。

本来要用Xcell表格对数据做管理的，现在我们让计算机完成这个管理工作！如上图所示，也就是说，我们把日常问题，转换成为对数据结构的增删查改！比如这里就是对链表进行增删查改（管理），即通过对数据结构进行增删查改完成对数据的管理！实际上是对学生的管理工作，进行了一个建模的过程！现实问题转换成为计算机问题。

现实中：任何系统要进行管理，任何问题要让计算机进行解决。

先描述，再组织——这个也是外面的世界里对事物管理的真相。现实问题转换成为数据结构问题。

2.5.3 总结

先描述：使用struct结构体。

在组织：用链表或者其它高效数据结构连接起来。

2.6 系统调用和库函数概念

2.6.1 初识

如下图所示，因为直接让用户访问操作系统内核存在安全问题——比如随意修改内存大小什么的。

操作系统内部会存在大量的结构体和数据结构——为了管理。

库函数的存在就是为了减少用户使用操作系统的成本！但是，不一定每一个库函数都会有对应的系统调用。

操作系统基本上是用C语言写的，C语言需要传参和返回值。

用户要访问操作系统内核中的数据（我们下面会举一个银行的例子，或者说银行有关的小故事，这个访问操作系统内核中的数据的操作就类似于访问银行系统进行存款取款操作），有且只有一种方式——就是通过系统调用（也就是我们后面所说的银行小窗口）。

有个问题，我们使用printf(C语言）cout(C++）向显示器打印，需要通过操作系统吗？需要——操作系统是硬件的管理者。printf即格式化打印，也是一个库函数，有系统调用，因为操作系统（OS）是硬件的管理者，通过操作系统访问硬件。

2.6.2 第二个小巧思

大家应该都有去银行存钱的经历吧？但是，不是所有人都有这样的经历，大家设想一下：正常情况下，银行都会有一个大堂经理，这个大堂经理平常看见年轻人进来会觉得你多少有来银行的经验，简单引领一下就可以了——但是也有例外，我们后面介绍。

银行不能让群众直接进入到银行里面，登记之后再自己进金库存钱，因为群众里面有坏人！如果让群众直接进入到银行里面，会有严重的安全风险！银行又不能不给群众提供服务，但同时又要防止群众里面有坏人！这时候，银行想出了一个好办法——开设一个小窗口，外面的人想要办理业务只能通过这个柜台小窗口，这样银行就能在可控的情况下，保证安全，而且也为群众提供了服务。

这个柜台小窗口就是办理业务的唯一途径，这样也避免了有人不熟悉银行业务办理流程的问题，由工作人员登记电脑、存款取款。