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学习目标：

1、计算机的基本组成
2、进程概述
3、简单分页的内存管理
4、C程序两个问题

学习内容：

1、计算机的基本组成

冯·诺依曼体系 计算机有五大部件组成：

• 计算器
• 控制器
• 存储器 – 内存、主存
• 输出设备 – 磁盘、显示器 -output
• 输入设备 – 磁盘、键盘、鼠标 -input

IO 输入、输出。读取或写入的效率相对于内存操作，是比较低的 （CPU - 一级缓存 - 二级缓存 - 内存 - IO）

• 系统总线类型

  • 控制总线： 由于各个连接数据总线和控制总线的部件都是共享这两个总线的，所以他是用来指定某一时刻由谁来控制总线的
  • 数据总线 : 用于在各个功能部件间传输数据的，是双向传输总线
  • 地址总线： 用于支出数据总线上的源数据或目的数据在主存单元的地址或者IO设备的地址 --》 地址总线决定了CPU的寻址能力

• 扩充：32位机器 CPU的计算能力，一次能够计算的数据的数据宽度，ALU的宽度，一次能处理的数据的最大位数（32位 – 最大的处理数字）

  - x86（32位） 指针都是4字节； x64（64位）指针都是8字节 - 指令：地址码+操作码

2、进程概述

进程的概念：一个正在运行的程序。（程序：二进制可执行文件）

​ - 进程是一组有序指令+数据+资源（内存资源、CPU资源）的一个集合。

执行一个程序，使之成为一个进程：操作系统先得分配一个PCB变量，再需要将二进制文件加载到内存上，操作系统使用调度策略来分配CPU去执行加载到内存上的指令和数据。

操作系统如何管理进程：

• 将进程相关的一些属性信息（一组）保存到一个地方（内存） — 通过C语言的结构体将这些属性信息组织在一块 — PCB（进程控制块）task_struct
• PCB：即是进程控制块，是进程存在的唯一标志，用来描述进程的属性信息。
• 操作系统维护管理所有的PCB是通过：双向循环链表（任务队列 task list）（有优先级的队列）

• 进程结束时，操作系统先释放进程主体，再释放PCB。
• 孤儿进程：父进程拥有子进程，子进程还在运行，但是父进程提前结束了，此时子进程就成了孤儿进程。
  孤儿进程会被init进程(进程号为1)所收养，并由init进程对它们完成状态收集工作。
• 僵尸进程：PCB 还在，进程实体已经释放了。

僵尸进程的处理：

当子进程终止时，内核就会向它的父进程发送一个SIGCHLD信号，父进程可以选择忽略该信号，也可以提供一个接收到信号以后的处理函数。系统默认动作是忽略该信号。所以可以在父进程接收到SIGCHLD信号后就应该调用wait 或 waitpid函数对子进程进行处理，就可以释放子进程占用的资源
不过有些时候，当有很多个子进程都结束了的时候，内核都会向父进程发送SIGCHLD信号，而父进程此时有可能仍然处于接受该信号并进行处理的函数中，那么在处理完之前，中间接收到的SIGCHLD信号就会丢失，内核并没有使用队列等方式来存储同一种信号，所以为了解决这一问题，我们需要调用waitpid函数来清理子进程

• 进程的状态

就绪：所有的条件，资源都准备完成，只等CPU空间来调度执行。

执行：正在被CPU执行的其中的命令

阻塞：所需要某些事件（条件）还没好

• 并发与并行

更多是并发编程。

3、简单分页的内存管理

简单分页：将内存空间划分为大小相等的（相对于内存大小而言，这个大小很小，比较经典的就是4k）区块，将其称为页帧。对所有的页帧可以编号。4G内存有2^20个页帧。

操作系统为每一个进程维护一个页表。页表中记录了该页加载到内存上的那个页帧，还有一些控制信息。

编译链接：连接过程合并所有的段，调整段的大小和起始位置，合并符号表，进行符号解析，给符号分配虚拟地址，符号重定位。

程序中的地址都是虚拟地址，在程序运行时，需要通过虚拟地址找到内存上的一个确定位置。除了与这个虚拟地址有关，还与进程的页表有关。

交换分区

在磁盘上开辟一块空间作为对内存的补充。

一个进程并不需要所有的页都在内存上驻留。

可以执行比内存空间还大的一些进程。也可以执行更多的进程。

操作系统发展史

操作系统

管理计算机上的软硬件资源，为用户提供一个交互的窗口。

串行处理 — 批处理 — 多道程序设计 — 分时系统 — 实时系统

4、C程序两个问题

主函数的参数

主函数默认至少接受一个参数，就是执行程序命令本身。

传递参数时，按照空格来区分各个参数。

传递的参数的类型都是字符串，与用户给定的参数的类型无关。

#include<stdio.h>#include<string.h>#include<stdlib.h>/* envp:是一个字符指针数组，环境变量 */intmain(intargc,char*argv[],char*envp[]){inti=0;while(envp[i]!=NULL){printf("%s\n",envp[i]);i++;}return0;}#if0/* argc:整形 传递的参数个数 argv:字符指针数组，每一个数组都是一个字符指针（字符串） 传递的参数列表 */intmain(intargc,char*argv[]){printf("%d\n",argc);intnum=0;sscanf(argv[1],"%d",&num);printf("num=%d , num*num =%d\n",num,num*num);for(inti=0;i<argc;i++){printf("%d:%s\n",i,argv[i]);}return0;}#endif

输出缓冲区

在Linux系统上，一个进程默认打开第三个文件：

标准输入stdin 标准输出 stdout 标准错误输出stderr

printf函数仅仅是将内容写到标准输出缓冲区中，等满足一定条件，才会将内容输出到界面上：

• 遇到 “\n”
• 进程结束时
• 主动刷新 fflush(stdout);
• 缓冲区满

#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<stdlib.h>intmain(){printf("hello");//printf仅仅是将内容写到输出缓冲区中sleep(3);printf("world");//结果是一块输出exit(0);}

exit和_exit的区别

exit会刷新缓冲区的内容；

_exit不会刷新缓冲区，直接结束进程。

atexit函数

atexit注册函数：向操作系统注册一个函数，这个函数当前不会被调用，程序结束时，调用exit之后，exit函数退出之前，调用之前注册的函数。

#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<stdlib.h>voidfunc1(){printf("func1...\n");}intmain(){atexit(func1);atexit(func2);printf("main start\n");sleep(2);printf("main end\n");exit(0);}

若遇到_exit，则不会调用：

也可以使用atexit调用多个函数（最多注册32个函数），进程结束时，按照出栈的顺序来调用：