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【Linux学习笔记】初识进程概念和进程PCB

news 来源：原创 2025/8/29 15:38:52

【Linux学习笔记】初识冯诺依曼体系和进程PCB

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文章目录

  • 【Linux学习笔记】初识冯诺依曼体系和进程PCB
    • 前言
    • 一. 冯诺依曼体系结构
      • 1.1 关于冯诺依曼体系的要点：
    • 二. 操作系统（Operating System）
      • 2.1 概念
      • 2.2 设计OS的目的
      • 2.3 核心功能
      • 2.4 如何理解“管理”
      • 2.5 系统调用和库函数概念
    • 三. 进程
      • 3.1 基本概念与基本操作
        • 3.1.2 描述进程 - PCB
        • 3.1.3 task_struct
        • 3.1.5 查看进程
        • 3.1.6 通过系统调用获取进程标识符
        • 3.1.7 通过系统调用创建进程 - `fork`初识
    • 后言

前言

哈喽，各位小伙伴大家好!上期我们讲了gdb和cgdb 今天我们讲的是初识冯诺依曼体系和进程PCB。话不多说，我们进入正题！向大厂冲锋！
在这里插入图片描述

一. 冯诺依曼体系结构

我们常见的计算机，如笔记本，以及不常见的计算机，如服务器，大部分都遵守冯诺依曼体系。计算机由以下硬件组件组成：
在这里插入图片描述

  • 输入单元：包括键盘、鼠标、扫描仪、写字板等
  • 中央处理器(CPU)：含有运算器和控制器等
  • 输出单元：显示器、打印机等

1.1 关于冯诺依曼体系的要点：

  • 存储器指的是内存
  • CPU只能对内存进行读写，不能直接访问外设（输入或输出设备）
  • 外设要输入或输出数据，只能通过内存进行交互
  • 所有设备都只能直接和内存打交道

关于冯诺依曼，必须强调几点：

  • 这里的存储器指的是内存
  • 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，也只能写入内存或者从内存中读取。
  • 一句话，所有设备都只能直接和内存打交道。

📌 注意：
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，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，到他的消息之后的数据流动过程。如果是在qq上发送文件呢？

二. 操作系统（Operating System）

在这里插入图片描述

2.1 概念

操作系统（OS）是计算机系统中一个基本的程序集合，包括：

  • 内核（进程管理、内存管理、文件管理、驱动管理）
  • 其他程序（如函数库、shell程序等）

2.2 设计OS的目的

  • 对下：与硬件交互，管理所有软硬件资源
  • 对上：为用户程序（应用程序）提供良好的执行环境


2.3 核心功能

操作系统在整个计算机软硬件架构中的定位是：一款存正“搞管理”的软件。

2.4 如何理解“管理”

  • 管理的例子：学生、辅导员、校长
  • 描述被管理对象
  • 组织被管理对象
    在这里插入图片描述
    总结
    计算机管理硬件:
  • 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

2.5 系统调用和库函数概念

  • 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。
  • 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。

承上启下

那在还没有学习进程之前，就问大家，操作系统是怎么管理进行进程管理的呢？很简单，先把进程描述起来，再把进程组织起来！

在这里插入图片描述

三. 进程

3.1 基本概念与基本操作

  • 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
3.1.2 描述进程 - PCB

  1. 基本概念
  • 进程信息被放在一个叫做进程控制块（PCB）的数据结构中，是进程属性的集合
  • 课本上称之为PCB（processcontrolblock），在Linux操作系统下的PCB是：task_struct。
  1. task_struct-PCB的一种
  • 在Linux中描述进程的结构体叫做task_struct。
  • task_struct是Linux内核的一种数据结构，它会被装载到RAM(内存)里并且包含着进程的信息。
3.1.3 task_struct
  1. 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[休学例子，要加图CPU，寄存器]。
  • I/0状态信息：包括显示的I/O请求，分配给进程的I/0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
  • 具体详细信息后续会介绍
  1. 组织进程
    所有运行在系统里的进程都以task_struct链表的形式存在于内核中。
3.1.5 查看进程
  1. 进程信息可以通过/proc系统文件夹查看。例如，获取PID为1的进程信息，查看/proc/1文件夹。
  2. 大多数进程信息也可以通过top和ps等用户级工具获取。

3.1.6 通过系统调用获取进程标识符
  • 进程id（PID）
  • 父进程id（PPID）
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{printf("pid: %d\n", getpid());printf("ppid: %d\n", getppid());return 0;
}


在这里插入图片描述

3.1.7 通过系统调用创建进程 - fork初识
  • 运行 man fork 认识fork
  • fork有两个返回值：
  1. 父进程返回值为子进程的PID
  2. 子进程返回值为0
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{int ret = fork();printf("hello proc : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret);sleep(1);return 0;
}
  • fork之后通常使用if分流
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{int ret = fork();if(ret < 0){perror("fork");return 1;}else if(ret == 0){ // childprintf("I am child : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret);}else{ // fatherprintf("I am father : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret);}sleep(1);return 0;
}

后言

这就是初识冯诺依曼体系和进程PCB。大家自己好好消化！今天就分享到这！ 感谢各位的耐心垂阅！咱们下期见！拜拜~

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鸿蒙开发者高级认证编程题库

题目一：跨设备分布式数据同步 需求描述 开发一个分布式待办事项应用，要求： 手机与平板登录同一华为账号时，自动同步任务列表任一设备修改任务状态（完成/删除），另一设备实时更新任务数据在设备离线时能本地存储，联网后自动同步实现方案 // 1. 定义分布式数据模型 imp…...

编程日记 2025/8/28 1:56:38

【网络安全】安全的网络设计

网络设计是网络安全的基础&#xff0c;一个好的网络设计可以有效的防止攻击者的入侵。在本篇文章中&#xff0c;我们将详细介绍如何设计一个安全的网络&#xff0c;包括网络架构&#xff0c;网络设备&#xff0c;网络策略&#xff0c;以及如何处理网络安全事件。 一、网络架构…...

编程日记 2025/8/29 9:41:22

基于FLask的重庆市造价工程信息数据可视化分析系统

【FLask】基于FLask的重庆市造价工程信息数据可视化分析系统 &#xff08;完整系统源码开发笔记详细部署教程&#xff09;✅ 目录 一、项目简介二、项目界面展示三、项目视频展示 一、项目简介 在当今快速发展的建筑工程行业中&#xff0c;造价信息的准确性和时效性对于项目决…...

编程日记 2025/8/29 6:40:08