一.基础知识

1.计算机的主要储存

现在的电脑大部分是遵循冯诺伊曼体系：

CPU:进行逻辑判断和算术运算

储存器:分为内存和外存(硬盘),存储数据(二进制数形式),外存数据难以丢失,内存数据易丢失

输入设备：用户给计算机发号施令

输出设备：展示由输入设备发号施令产生的结果

2 CPU的主要指标

2.1CPU频率

2.2CPU的核心数

在以前的CPU中只有一个核心,而核心内部有无数个计算单元组成,计算单元越多CPU频率越高，为了提高工作效率，得进一步缩小计算单元的体积，但CPU面积有限(面积越大.生产时合格率越低)，而且计算单元不能无限小,所以就有了多核心技术，一个CPU有多个核心，之后又研发出了超线程技术，一个CPU核心可以丁俩个。

3.指令和寄存器

编程语言分为三大类---- 机器语言（二进制形式）、汇编语言、高级语言（C语言）

而指令指的是机器语言，每个不同的CPU上面支持哪些指令都是在设计出来的时候就确定了

而指令即指导CPU进行工作的命令，一条指令由  操作码(opcode)+被操作数 构成，操作码代表要做什么，被操作数可以代表某个内存地址或寄存器的编号，而指令也是个数字，以二进制的形式存储在内存中。一个CPU中也有几十个寄存器，寄存器，即是存储数据的模块，在CPU中，CPU也能存储数据是通过寄存器存储的，CPU寄存器访问数据比内存还快，但也易丢失数据，且存储空间比内存小很多，主要作用是CPU在执行指令计算数据时存储临时数据，起辅助效果。

4.CPU的执行流程

执行流程：读取指令---》解析指令---》执行指令

举例：

注意：执行完这一套指令后存储在寄存器中的临时数据不会回收

二.操作系统和进程

操作系统是⼀组做计算机资源管理的软件的统称。⽬前常⻅的操作系统有：Windows系列、Unix系 列、Linux系列、OSX系列、Android系列、iOS系列、鸿蒙等。

作用：

1.管理着各种硬件设备，通过驱动程序间接操作硬件设备

2.给各种程序提供相对稳定的环境，一个程序出BUG,不会影响其他程序的运行

而一个运行的程序，就称之为进程那操作系统该如何管理这些进程呢？

1.先描述出一个进程

通常使用结构体（进程控制块（PCB））来描述进程，描述了进程的各种核心属性。

2.把多个进程组织起来

每次打开电脑，就会自动运行上百个进程以确保电脑运行，为了提高管理效率，这么多进程得组织起来，所以一般采用数据结构将PCB给串在一起

三.PCB的核心属性

1.pid(进程id)

进程的身份标识符

2.内存指针

指向指令的指针，利用该指针可以找到指令

3.文件描述符表

在程序运行起来，很多时候需要读取硬盘里的数据，硬盘中是以文件的方式存储数据，读取数据时得打开文件，每打开一个文件，就会把该文件的信息保存到文件描述符表中，表中的每一项代表着已经打开的文件。

四.进程调度

电脑一旦开启，就会运行上百个进程，而我们的电脑一般只有几个物理核心，如我的电脑有8个物理核心，相当于16个逻辑核心，而一个核心只能运行一个进程，那如何运行上百个进程呢？为了解决这个问题，就有了多任务操作系统，采用分时复用的方式，一个CPU核心就可以执行多个进程。

分时复用原理： 把时间分成多份，每个时间份中执行不同的进程，串形执行，由于计算机速度非常快，让人感觉进程同时运行。

并发执行：一个CPU按照分时复用的方式执行多个进程。

并行执行：多个CPU同时进行多个进程。

在现代电脑中，并发执行和并行执行是同时进行的，由于在写代码时不知当前进程是并行还是并发

，所以统称为并发执行。

因为并发执行需要大量的切换,即进程调度,那切换规则是什么呢？这和PCB的一些属性息息相关：

4.进程状态

分为就绪状态和阻塞状态

就绪状态：代表随时可以在CPU上运行

阻塞状态：代表该进程不可以在CPU上运行

5.进程优先级

谁优先级高就会先在CPU上执行，即使在分时复用的时间切片中没有进行完，优先极高的会强制剥夺优先级低的资源

6.进程的上下文

由于进程调度，可能某一个进程执行到一半，就因为某某原因（如优先级问题，时间切片用完等）,被从CPU调用走，过一段时间后，很有可能会被调回，他会继续上次的状态继续往下执行，而不是重新开始。

原因：

CPU在任何时刻都只能执行一个进程的代码。当需要切换时：

1. 保存当前进程的上下文：

   • 调度器将当前正在运行进程的CPU现场（包括程序计数器PC、寄存器值、状态字等）全部保存到其PCB中的一个特定区域（上下文保护区）。

   • 目的：就像玩游戏时存档，保证下次回来能从 exactly 原地继续。

2. 恢复下一个进程的上下文：

   • 调度器从被选中的新进程的PCB中，将其之前保存的CPU现场（程序计数器、寄存器值等）加载回CPU的各个寄存器中。

   • 目的：就像读档，让新进程从它上次被中断的地方继续执行。

7.进程的记账信息

统计功能,统计每个进程在CPU运行了多久，如果发现某个进程好久没吃到CPU资源后就会分配一些资源给该进程。

五.总结举例

每当打开电脑，就会运行操作系统这个软件，把内核程序编译成机器语言（及一段段指令）加载到内存中，创建第一个进程。之后执行某个.exe可执行程序，操作系统就会读取内存中的指令，通过指令操控CPU把编译好的.exe中的指令加载内存中，创建新的进程（PCB在内部同时创建），在后续运行程序中通过PCB内存指针找到内存对应程序的指令通过CPU执行，后面每一个程序都是如此，在分时复用模式下，通过不同的PCB上的相关信息进行进程调度。