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冯 · 诺依曼体系结构
操作系统：Operator System（OS）
进程的基本概念
进程标识符
通过系统调用创建进程-fork初识
进程状态
僵尸进程
孤儿进程
进程优先级
环境变量
和环境变量相关的命令
环境变量的组织方式
main函数的三个参数
冯 · 诺依曼体系结构
在说冯诺依曼体系结构之前，我们先来了解这么一个常识：
我们的电脑或者手机，
总的来说，其体系结构都是由 软件+硬件 构成。
而硬件部分，有 像我们所说的磁盘、键盘、网卡等等硬件设施，构成整体的硬件框架结构。
而软件部分，最核心、最重要的，就是我们的操作系统了。
软硬件结合，构成我们的计算机的体系结构。
就像下图所示：
那么，我们的计算机是怎么将软件和硬件结合在一起的呢？
这个时候，我们就需要来了解一个体系结构——冯诺依曼体系结构
我们基本所有的计算机系统，都遵循这样这么个结构。
这个结构其实也很简单，其可以用图示表示成这样：
首先，我们可以知道，
输入设备一般可以是包括 键盘，硬盘，网卡，鼠标，扫描仪, 写板等
输出设备一般可以是包括 显示器，打印机，硬盘，网卡等
解释一下，这里有的设备既可以作为输入设备，也可以作为输出设备。
比如刚刚所举的 网卡，硬盘 等。其实很好理解，待会我们下面会举例。
而这里的存储器，指的就是内存
运算器，可以简单理解为就是用于计算的那些东西（简单举例子，就是加减乘除等等）
控制器，可以理解为 作用是控制着 数据信号 传导
我们一般习惯把 输入设备和输出设备 统称为 外设。
我们从这个图中可以得到这样一些看似简单，但是很有用的信息：
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，也只能取写入内存或者从内存中读。一句话，所有设备都只能直接和内存打交道。
说的直白一点，CPU是内部，而外设是外部，内部和外部要建立联系，那就必须要经过哨兵——内存。
再或者说，CPU是女方，外设是男方，而男方和女方想要牵手成功，就需要媒婆，而该内存就是扮演了媒婆这样一个角色。
理解到这个意思就行。
那有人会问，为什么要有内存呢？
难道就不能让CPU直接从外设读取信息，然后处理吗？
我们来回答一下这个问题：
我们结合这一张图来说明：
在金字塔顶端的说明其价格贵，在底端的说明其价格便宜。
在金字塔顶端的说明其运算速度快、效率高，在底端的说明其运算速度较慢、效率低。
我们讲得更加直白简单一点：
在CPU中，运算速度都是以纳秒为计算单位的；
在内存中，运算速度是以微秒为计算单位的；
在硬盘（SSD固态硬盘等）中，运算速度是以毫秒为单位的。
如果没有内存，那么CPU的运算速度是那么高，但是呢，硬盘的运算速度相较而言又是那么低，你们猜，最终的运算速度是要依照谁来定呢？
当然是硬盘。
这就类似于木桶原理。
可能CPU在运算的时候，0.001%的时间用来计算，99.999%的时间都是在用来等待了。
这样的话，不仅计算的效率变低，而且由于大部分的时间都在用来等待，会造成极大的浪费。
可是CPU又是那么的贵，所以CPU就总是只有那么一点点。
这样，便诞生了内存。在性价比的方面，做了一个折中。
这样，使得计算机的运算效率不仅不会那么低，并且还使得计算机不会那么贵，让普通人也能够用得起。
当然，在CPU中还有着寄存器、缓存等概念，它们的主要作用也同样是提高运算效率来的。
就好比你跟不上我，那我就先放在缓存（或者寄存器），然后我继续做我的事，不至于让我在原地静静地傻等。
好。我们解释完了该体系中的相关的常识性概念之后，我们再来用动态的眼光，看看这个体系结构：
我们先从硬件的角度来看：
想要数据信号从输入设备进入到输出设备中，
我们可以认为：
其先是经过了输入缓冲区（对标你的scanf在输入一行数据的时候，其就是先加载到了输入缓冲区中），当你敲下回车的那一瞬间，缓冲区刷新，数据就被加载到了内存（也就是存储器）中。（当然，刷新缓冲区的方式不仅仅有按回车这一种方法）
然后内存再将数据传给CPU，让CPU处理。
数据信号从CPU中出来，先进入内存当中，然后先是进入输出缓冲区中，也叫预写入
当程序终止、或者是遇到 ‘n' 、fflush函数 等时，缓冲区刷新，就会将数据载入到输出设备当中。
简单比划一下就是这样：
如果从软件的角度来去看，这个工作是由谁来做的呢？
答案是：操作系统。（Operator System 简称OS）
也就是说，是操作系统完成数据的加载、输出等等工作。我们接下来，就会详细地介绍它的作用和功能。
这也从另一个角度来说就是：从软硬件的角度，内存的存在、缓存的特性都是可行的。
我们来通过举一个例子的方式，即解释从你登录上qq开始和某位朋友聊天开始，数据的流动过程。
我们忽略网络细节。
简单图示如上。请看下面的详细过程：
当你输入一条消息，没有发送的时候，可以认为其实在硬盘或者是输入缓冲区中，消息发送后，其 先会载入到内存中，（这其实也与你的QQ一直都是处于运行状态，即一直在内存运行中相匹配）紧接着，经过你的电脑的CPU处理，再经过内存，输出到你的网卡当中；
然后，通过网络（这里我们先忽略网络相关细节），传送到你的同学的电脑的网卡当中。数据通过你同学电脑的网卡，加载到你同学电脑的内存当中，经过CPU处理，再经过内存，输出到你的同学的电脑的显示器上。
在这里，对于你的电脑的主机而言，你的键盘相当于输入设备，网卡相当于输出设备；
你的同学的电脑而言，他的网卡相当于输入设备，而显示器则相当于输出设备。
好，对于冯诺依曼体系结构，我们暂时先说到这里。
操作系统：Operator System（OS）
我们下面继续来说操作系统。
首先，我们需要了解什么是操作系统：
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)。笼统来说，其包括内核（进程管理，内存管理，文件管理，驱动管理）和其他程序（例如函数库， shell程序等等）
说人话，就是操作系统是一套用来搞管理的软件。
管理什么？
管理软硬件
-> 硬件：包括冯诺依曼中的所有设备；
->软件：安装、卸载等，在系统层面，其包括文件、进程、驱动；
下面是一个比较好的管理分层的图的例子。
我们结合这一张图， 来举一个例子：
我们把操作系统看成是校长，底层的硬件看作是学生，那么驱动程序的存在就相当于是充当了导员的角色。
校长和学生，一般不见面，通过导员进行管理。但是，校长（操作系统）可以通过导员（驱动系统）拿到学生（底层硬件）的信息。
在这简单的层级关系里，校长（操作系统）就是来管理的，管理整个学校（整台计算机系统），用有决策权——简单理解可以认为是学生在哪一个班，正常上学或者勒令退学（对内存中的进程、文件等掌有生杀等等大权）
而当信息量和庞大的时候，校长（操作系统）就会将所有的学生的信息都描述起来（由于LInux就是用C写的，所以其用的就是结构体来完成的），然后可以通过链表等数据结构的方式，来将这些学生组织起来。
用6个字，就是：
先描述，再组织。
总结 一下，就是要：
描述被管理对象
组织被管理对象
1、描述起来，用struct结构体
2、组织起来，用链表或其他高效的数据结构
最后补充一点：为什么要存在OS，OS的存在有什么样的意义。
OS是为了与硬件交互，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这样的需求而诞生的。你想一下，如果没有OS，你打个lol，2s退出一次，1s电脑重启一次...你还玩个锤子哈
再简单说一下系统调用和库函数的概念，这个我们后面还会继续说：
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。说人话，就是有操作系统给我们提供的接口。（比如我们下面的fork函数，后面将要学习的exec系列的函数等）
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。说直白点，就是我们的prinf，scanf等等，都算是这样经过二次开发后提供给用户使用的。
进程的基本概念
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
还是说人话，我们从两个方面去解释：
1、类比刚刚操作系统的管理，那么操作系统对于进程的管理，
依然遵循六字原则：先描述，再组织。
2、对于一个普通的文件而言，其有文件属性（即文件大小、所有者、创建日期等等）+文件内容。
那么类比于进程，其也是包含了两方面：进程属性+对应的文件。
结合我们刚刚说的，一个程序文件加载进了内存，就变成了进程。
那么这个进程是就会被操作系统管理。
如果同时存在了多个进程，那么这些进程就会通过”先描述，再组织“的方式被管理。
那操作系统是如何来描述这些进程的呢？
答案是：还是用一个结构体来完成。其有专门的名称——PCB（Process Control Block）
通过查看Linux源码，我们会发现，有一个叫做task_struct的结构体，专门用来完成该项工作。
PCB相较于task_struct的概念，就好比这样（如下图）
那么，我们现在对于 进程的认识可以这样来说明：
进程，就是可执行程序和需要管理进程的数据结构的集合
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。（我们之后会再说）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
接下来，我们就要详细地挑选task_struct里的重要内容来进行讲解。
不过在此之前，首先，我们来说一下，如何查看进程：
有两种方式都可以：
1、进程的信息可以通过 /proc 系统文件夹查看
如：要获取PID为1的进程信息，你需要查看 /proc/1 这个文件夹
2、大多数进程信息同样可以使用top和ps这些用户级工具来获取
举个例子：
我们写一个死循环好了，目的就是让该程序一直运行下去。
然后让其编译运行，就会在屏幕上不停地打印hello Linux！
我们复制一个会话
这样，等会程序运行的时候，我们就能够检测到了。
好，现在我们让程序开始运行。
解释一下，这里，我们是用ps指令，来去查看进程的状态
关于ps的选项，参见下图：
然后后面的grep就是过滤一下要或者不要的信息。
读者可以自行尝试一下如果不过滤会出现什么样的效果。
关于程序进程的相关选项，我们下面会说。
进程标识符
对于一个进程，OS为了能够方便识别它们，在创建PCB的时候，每个人都会给其一个id。这就是进程标识符。
对于标识符，我们有pid和ppid之分。
pid指的是子进程，
ppid指的是父进程。
我们在程序中可以通过getppid() 和 getpid() 来实现。
我们还是通过一个小程序来举例：
（运行结果）
我们不难发现，这里的ppid和pid都是一串数字，实际上就是编号。
其中ppid指的是父进程，pid指的是子进程。
我们等会可以结合下面fork函数的例子来看。
通过系统调用创建进程-fork初识
我们这里仅仅是了解一下，fork怎么用，达到会用的标准就行。
先来介绍：
我们输入
man fork
可以看到，fork没有参数，返回值为pid_t的类型，作用是创建一个子进程。头文件为
实际上，我们需要知道，fork是有两个返回值的。
为什么呢？
我们可以这样来理解一下：
同时，需要注意：子进程的返回值是0；而父进程的返回值是子进程的id。
我们来看这样一个程序（来看实操）：
总共9行代码
我们来看运行结果。
我们会发现，第二个printf的内容执行了两次。因为子进程在fork里创建后，子进程和父进程都会执行第二个printf。
也就是说，子进程和父进程是独立运行的。
那我们再来举一个例子，来看：
那么这下我们让代码执行，其会产生什么结果呢？
由于父子进程我们无法准确让谁先跑，谁后跑，所以我们加上一个sleep来以示区分。
我们会发现一个现象：子进程的ppid就是父进程的pid。这样也就能说明一个问题——为什么有父子这样的叫法了。
那父进程的ppid又是谁的呢？
答案是-bash的，就是操作系统的。（bash相当于操作系统手下的一个助手）
而bash也是一个进程。如下图
那bash能不能挂？
当然不能！bash是不能挂的！
而由bash通过创建子进程的形式，和我们刚刚用fork创建的子进程的形式是基本一致的。
进程状态
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）
我们可以来看一看Linux内核源代码里是怎样定义的：
** The task state array is a strange "bitmap" of* reasons to sleep、Thus "running" is zero, and* you can test for combinations of others with* simple bit tests.*/static const char * const task_state_array[] = {"R (running)", "S (sleeping)", "D (disk sleep)", "T (stopped)", "t (tracing stop)", "X (dead)", "Z (zombie)", };
R运行状态（running） : 并不意味着进程一定在运行中，它表明进程要么是在运行中要么在运行队列里。（解释一下，R状态表明的就是运行状态，但其不一定表明的就是正在运行）
S睡眠状态（sleeping): 意味着进程在等待事件完成（这里的睡眠有时候也叫做可中断睡眠
（interruptible sleep））。（也就是等待状态）D磁盘休眠状态（Disk sleep）有时候也叫不可中断睡眠状态（uninterruptible sleep），在这个状态的进程通常会等待IO的结束。（处于D状态的操作系统是杀死不了的，而如果大量的程序由于在IO而进入D状态，很有可能会使整个服务器崩溃——过年抢红包，偶尔的王者荣耀的服务器崩溃就和这有关）
T停止状态（stopped）： 可以通过发送 SIGSTOP 信号给进程来停止（T）进程。这个被暂停的进程可以通过发送 SIGCONT 信号让进程继续运行。
X死亡状态（dead）：这个状态只是一个返回状态，你不会在任务列表里看到这个状态。
我们可以通过这样的指令来查看进程状态：
ps aux ps axj //上面的或者下面的
像我们刚刚看到的，比如：
通过这里的我们能够看到，我们这里的hello程序是处于一个休眠的状态。
这与IO等待有关系，因为IO是要和硬盘显示器发生交互，前面说过这个过程是很慢的， 就是说其0.1秒在运行，0.9秒都在等待，所以当你在查看其状态的时候，其处于S状态——即休眠状态。
我如果把printf的内容去掉，就是让它一直死循环，就直接这样：
我们再来看：
我们让其运行，
我们看到，其为R状态，就是可以理解为是running 状态。这里的+表示其实在前台运行的，就是说我按 ctrl c 可以将程序终止
如果我要在后面加上&，其就变成是在后台运行的了。
这个时候，我们再按ctrl c，然后再调用后台观察，我们可以看到，R后面的+小时了，并且无论我们怎么按，其都是无法停止。
这个时候，我们如果想要终止它，可以用kill命令
后面的27459就是当前进程的进程编号。
我们这个时候再看，就会发现进程没了。
这个图，可以参考一下，看中文就可以了。
我们再来说两种特殊的进程——僵尸进程和孤儿进程
僵尸进程
——特殊的Z状态：
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
我们来举一个例子：
可以看到，按照我们的思路，子进程会在5秒之后退出，然后父进程是一个死循环。我们来看看这两个的进程在运行过程中的运行状态是怎样的。
我们编译后 ./hello让其执行
在另外的 一个窗口中，我们制作一个脚本，用于每1秒查看其进程状态
脚本如下：
while :; do ps aux | grep hello | grep -v grep;sleep 1; echo "#################";done
我们从上面的监视可以看出，子进程一开始和父进程一样，都是S状态，几秒钟后，其变成了Z状态。这里的Z就是僵尸状态。
那么为什么会有僵尸状态呢？
原因很简单。我们在创建一个进程的时候，是操作系统创建的。但是，进程在结束时，也需要有人来“收回”。
所以说，这里的子进程就是在等着父进程将其收回，读取它的退出状态。所以一直就是处于僵尸状态。
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。
所以僵尸状态会导致什么？
就是我们之前强调很多遍、耳熟能详的——会导致内存泄漏。
那如何避免呢？实际上可以用wait。这个我们后面再说到进程等待的时候再说。
孤儿进程
孤儿进程，实际上和僵尸进程是两个方面，结合“孤儿”以及我们刚刚所说，不难猜出，僵尸进程是父进程一直在干活，子进程先挂了；那孤儿进程就是父进程先没了。
我们不再做过多的赘述，简单理解就是父进程没了，子进程还在。
有兴趣的读者可以自行尝试一下。
那么孤儿进程难道就没有父进程了吗？
答案并不是这样的。
这个时候，往往操作系统会来帮你。
将你的孤儿进程领养。
被谁领养？
一般都是一号进程。
孤儿进程被1号init进程领养，当然要有init进程回收喽。
进程优先级
我们说，进程的运行和办事情一样，也是有先后缓急之分的。
哪个进程先执行，哪个进程后执行，这是由其优先级所决定的（注意和权限区分一下，权限是能不能的问题，而优先级是已经能的基础上先后的问题）
我们如果输入ps -l，
会看到这样的信息：
这里的PRI是最终的PRI，是影响优先级的重要因素。一般而言，PRI越小，优先级越高，PRI越高，则相反。
解释一下其他几个有价值的值是什么意思：（其实我们部分在上面已经说过了）
UID : 代表执行者的身份
PID : 代表这个进程的代号
PPID ：代表这个进程是由哪个进程发展衍生而来的，亦即父进程的代号
PRI ：代表这个进程可被执行的优先级，其值越小越早被执行
NI ：代表这个进程的nice值
而PRI是怎么算的呢？
我们可以这样认为：
PRI （最终） = PRI（开始）+ NI（这里的NI意为nice值）
而PRI(开始)的值基本上都是80。我们在上面看到的PRI是最终的PRI
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。
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
我们可以通过top命令，进入top后按“r”–>输入进程PID–>输入nice值 的方式，来将已有的nice值进行修改。
我们这里再补充一下其他的概念：
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
再说一点就是，每一个进程在CPU上运行的时候，都会有一个时间片。当时间片到的时候，进程就会从CPU上被强行扒下来。
环境变量
环境变量(environment variables)一般是指在操作系统中用来指定操作系统运行环境的一些参数
就比如说，在Linux系统中，我们知道，ls、touch等指令，实际上也是一个个可执行程序。但是当我们输入ls指令，touch指令啥的，为啥可以不带路径？
这就和环境变量有关了。
环境变量中有一个PATH项：
而我们当需要执行ls touch 等指令的时候，会优先去这些路径下寻找。
如图：
也就是说，这些指令早已经被存储了起来，即存储到了这些路径下的文件夹下。并且这些路径早已经被当成环境变量，它可以认为是整个操作系统调用指令的“全局变量”。、
我们输入env，可以看到我们所有的环境变量。
那这么说，如果我将我的可执行程序添加到环境变量里，是不是就可以不带路径直接执行了呢？
确实如此。
不过一般不建议这么做，因为会污染原有的环境变量。
那么我们最起码要说说如何创建、删除环境变量的吧
和环境变量相关的命令
1、echo: 显示某个环境变量值
2、export: 设置一个新的环境变量
3、env: 显示所有环境变量
4、unset: 清除环境变量
5、set: 显示本地定义的shell变量和环境变量
就直接在命令行中去试试就可以了。我在这里就不试了，感兴趣的读者可以自行去尝试一下。
环境变量的组织方式
就这么一张表，相信能看懂。意思其实很简单，其就是用指针数组的形式来存储的。
这是我们在命令行中所说的一些关于环境变量的内容。
那要是在程序中呢？
我们在这里，先说一个知识点，叫做main函数的参数。
main函数的三个参数
可能很多读者会看到书上曾经写过main函数的参数，实际上，main函数有三个参数，只不过我们平时不写，系统已经帮我们默认了。
我们借此机会，将其讲解一下：
这三个参数是这样的：
int main(int argc, char* argv[], char* env[])
其中，前两个是命令行参数，最后的那个是环境变量参数。
我们来通过例子的方式讲解：
我们创建一个文件myfile.c，这是代码：
1 #include
然后我们正常编译，来看：
如果我们这样去运行：
得到的就是这样。
如果我们这样去运行：
得到的结果是这样：
如果我们这样运行，得到的结果是这样：
以此类推，在此就不过多举例了，我们已经能够发现这其中的规律了：
就是在命令行中，我们怎样去执行的，那么我们就会看到怎样的结果。
也就是说，我们加了多少个-x选项，这里的argc就是其个数。
而argv[i]存储的正是每一个参数的-x选项的内容。
如果没有带选项，那么默认就是我们的文件名。
这个用法实际上让人很容易联想到strtok函数（这个我们后面再说）
那有什么运用场景呢？
可以想一想，我们的ls后面的那些选项，内部的逻辑是不是会存在着if(argv[i] == '-a')这样的逻辑呢？
好啦，前两个变量说完了，它们都是命令行参数，第一个是和程序执行时后面带着的 -x 的个数有关系（x可以为a,b,c...），而第二个参数正是存储每一个 -x 参数的（每一个-x都是一个字符串，它们的首元素地址存储到指针数组argv中）。
那后面的变量？
就是环境变量参数？
是的！
我们来看这样一段代码：
我们可以看到，其将我们的环境变量全部打印了出来。
这和我们刚刚在命令行中直接用env打印出来的是一样的。有兴趣的小伙伴可以一试。
同样，也可以用第三方变量environ获取、
就像这样：
这样后运行的结果和刚刚的是一模一样的。这里的environ可以理解为存储着指针数组的二级指针。
通过系统调用设置环境变量
我们同样还可以通过系统调用设置环境变量
通过这样，我们就可以获得环境变量PATH。
运行后和我们刚刚直接 echo $PATH 的结果是一样的
另外，我们再强调一下，环境变量是具有全局性的，也就是说，环境变量也是可以被子进程继承下去的。
好啦，本节内容到此就结束啦~~~记得关注呦