免费企业网站怎么做,php数据库的网站模板,知更鸟 wordpress,本作业是网站建设与维护1.操作系统#xff08;OS#xff09;
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任何计算机系统都包含一个基本的程序集合#xff0c;用于实现计算机最基本最底层的操作#xff0c;这个软件称为操作系统。操作系统大部分使用C语言编写#xff0c;少量使用汇编语言。
从…1.操作系统OS
1基本结构的认识
任何计算机系统都包含一个基本的程序集合用于实现计算机最基本最底层的操作这个软件称为操作系统。操作系统大部分使用C语言编写少量使用汇编语言。
从较大的层面来看操作系统分为内核Kernel和外部程序。内核主要进行进程/任务/线程管理文件系统管理内存管理、驱动程序管理外部程序包括Shell通常指的是命令行界面CLI、图形化界面GUI、glibc、系统调用的库、预装软件等。
我们要理解我们平时用图形化界面操作Windows实际上是在GUI的运行基础上进行的同样使用Linux的命令行窗口也是在CLI这个程序运行的基础上进行的我们都是在外部程序里进行的操作
2OS软硬件资源管理的理解
操作系统的定位就是控制和管理计算机上软硬件资源让计算机的使用成本降低能够走进家家户户。在软件层面有编译器对语言进行翻译在硬件层面有文件系统对磁盘数据进行管理而操作系统则是夹在软硬件之间的软件起到沟通、协调作用。总的来说操作系统对软硬件资源高效且安全地管理是一种以给用户提供更好的使用体验为目的的手段以人为本。
3OS的结构和软硬件管理方式 ①用户调用接口
我们日常使用的软件都是在这个层面上的包括图形化界面、命令行。像安卓也是以Linux为底层在用户调用接口上建立起来的
②系统调用接口System Call
对于操作系统而言它不相信任何人因为如果它相信用户自己就危险了因此它规定用户只能通过操作系统对外提供的接口来进行调用同时它也不允许用户跳过它直接向硬件访问。
尽管规定了只能通过接口来访问系统但是这些接口同样复杂因此系统调用接口上面还建立了我们日常接触到的软件用户调用接口当我们执行操作时由软件来帮我们调用系统对应的接口如printf就是通过库来调用对应接口最后将数据输出到内存文件中。
当我们涉及到任何软硬件沟通时都需要借助系统调用接口来调用内核。如当我们执行简单数学运算时运算本身只会占用CPU资源但运算程序的进程是在内存创建的因此同样需要调用系统调用接口。
系统调用接口是C语言写的这就意味着我们凡事要调用系统接口必须使用C语言。进一步讲所有编程语言、程序的底层只要涉及系统接口调用通通是C语言包括我们熟知的Java、Python、Rust等
③Kernel
操作系统内核就像是一个管家向下买菜做饭打扫清洁向上询问主人的需求。在很多如银行、派出所、医院等也都能见到类似的影子即用户通过对外开放的窗口提出自己的需求一层一层向下传递紧凑有序地完成任务。
④驱动程序
底层硬件都是采用冯诺依曼结构集成在主板上的能够直接或间接被CPU控制器控制每一种硬件都要有自己的驱动程序操作系统自带或需要自己安装驱动程序不可或缺因为不同硬件功能不同实现不同迭代速度快如果让操作系统直接访问硬件那就要频繁修改操作系统和硬件之间的交互方式。为了避免操作系统频繁修改在操作系统和硬件上做一层抽象同样以接口形式进行访问使得开发成本降低。
4OS如何控制软硬件资源先描述再组织
①硬件层面
Kernel中有大量C语言的数据结构其中能描述对象的就是结构体。针对不同的硬件Kernel会在其开辟的内存中存储描述硬件信息的结构体Linux中一般是struct device并且将这些结构体通过一定数据结构联系起来如链表构成device_list。这些结构体里面存有硬件基本信息以及调用驱动程序接口的操作方法。当要和硬件沟通时Kernel就直接通过struct device调用驱动程序接口进而和硬件沟通。我们发现Kernel对硬件的管理转变为对device_list、struct device的管理
②软件层面
由冯诺依曼体系结构出发可以得到当有程序开始运行时在SSD或HDD中的数据就会被拷贝一份至DRAM中内存中存储的就是硬盘代码和数据的备份。不仅如此拷贝的数据还需要进行管理因为可能同时有多份文件被拷贝进内存。因此在计算机启动时DRAM为Kernel分配一定大小的内存中就有一部分空间是用于描述数据的结构体称为PCB进程管理块PCB是总称Linux中是struct task_struct。
PCB底层就是结构体其功能和前面说的struct device一样是用于描述载入内存的代码数据的详细信息的。并且这些PCB也以某种数据结构联系在一起Kernel通过管理这个数据结构就能够间接管理程序的运行这也涉及到进程的概念了。
③控制软硬件资源带来的启发-----数据结构、面向对象的思想
通过上面对软硬件管理的方法可以看出要实现对某对象的管理需要先对要管理的对象进行描述将它们的信息和调用方式提取出来放一起同时不同对象之间用某种结构联系起来数据结构进而实现对这些对象的管理面向对象的思想OOP体现了管理的本质是对数据和属性的管理。
OS管理软硬件的资源的核心思想是先描述再组织。面向对象的思想提供了描述的方法一系列数据结构提供了组织的方法。这也是C、Java这种面向对象编程语言出现并在当今作为主流的原因。因为几乎所有的程序逻辑都可以用先描述、再组织的思想来进行管理而面向对象的语言拥有面向对象设计的类也有一系列数据结构组成的库。很符合管理对象的条件。
包括生活中上层对我们的管理也是面向对象的思想他们不需要和我们见面他们只需要拿到我们的描述信息一天里干了什么没干什么再通过传话就可以实现对我们的管理。 2.进程
1进程的概念和组成 运行起来的程序就叫进程进行中的程序进程是操作系统管理软件的相关概念是操作系统调度的实体。
当我们启动一个程序时操作系统首先向硬盘访问读取程序相关的代码和数据到DRAM中这相当于冯诺依曼结构中输入设备 - 存储器的步骤。但是只有代码和数据还不能管理它还需要一个结构体来管理Kernel中的PCB结构体就是完成这项工作的将我们的代码和数据描述起来。每一项进程对应一个PCB、一块内存空间。换句话说进程 PCB包含进程的属性 内存中的代码和数据。PCB通过某种数据结构联系起来以链表为例PCB_list由Kernel管理。这样操作系统对软件、对进程的管理就转换为对PCB_list管理对进程属性的管理这也体现出先描述、再组织的思想。
注意只有操作系统生成了PCB并和代码数据联系起来后才被操作系统认为是一个进程。
PCB开辟空间的操作是Kernel进行的当操作系统启动时DRAM最先为Kernel分配内存。
PCB是一类结构体的总称在Linux中具体为struct task_struct
2并行处理和并发处理
当程序被操作系统管理起来后就要解决如何执行的问题了。CPU有两种处理进程的方式一种是并行处理一种是并发处理。并行处理是将多个任务列表struct runqueue PCB组成的数据结构 其他属性分配给多个CPU同时并行处理。并发处理是指CPU执行进程代码时会给每一个进程预分配一个时间片CPU基于时间片进行轮转执行非常快每当执行时间达到时间片不管有没有执行完都切换为下一个。
并行处理加快处理进程的速度并发处理保证调度任务能较为公平地得到处理。这两种处理方式适用于绝大多数民用系统。但除此之外还有实时操作系统这只在特殊领域使用。如车载操作系统就是实时操作系统它不遵循公平处理的原则必须要求汽车一旦发生紧急情况操作系统一定要最高优先级处理紧急状况。
3调度顺序
这些任务列表会根据并行的处理方式交给CPU每个核心处理CPU的每个核心都配有一个调度器任务列表会先交给调度器由调度器决策如何并发处理适时将对应的PCB交给运算器进行处理。进程排队的本质是PCB在排队进程的属性在排队同样体现先描述、再组织的思想。
4查看进程
当我们创建一个进程时操作系统会为这个进程分配唯一的pidpid的生成用到了时间戳因此不连续以及pid前后两次不同是正常的。
我们可以在代码中使用pid_t getpid()来查看运行代码的进程的pidpid_t本质是int 当我们运行程序时就能看到进程对应的pid了 我们还可以通过ps ajx | head -1 ps ajx | grep (name)查看进程来验证
指令解读
ps是显示进程的状态一般需要搭配选项ajxa意味着所有进程j意味着打印进程的pid和ppid等信息x显示没有控制终端的进程j可以替换为u这时就会显示进程的用户、CPU使用率、内存使用率等。
但ps ajx获取到的信息太多了我们将所有获取的信息通过管道让head取第一行也就是每一列的说明。意味着第二条指令当我们想要在一行中执行多条指令时需要使用或;
之后同理将获取到的信息通过管道传给grepgrep的功能是筛选出所传信息中包含规定字符串的行日常使用方式是grep (字符串不能以符号开头) (文件路径) 如此我们就能筛选出我们想要看到的进程了 grep指令的执行本质也是一个进程所以当我们筛选的时候ps ajx | grep (name)作为一个指令也会将自己筛选出来要避免这种情况我们可以再使用一条管道将含grep的行筛选出去即grep -v grep
ps ajx | head -1 ps ajx | grep (name) | grep -v grep指令执行结果是 5/proc内存文件 当进程被创建时/proc目录下会创建内存文件不存入磁盘临时文件随着进程的消亡而消亡名字和进程的pid一致。进入这个目录我们就能看到所有关于这个进程的信息。 ps的底层就是对/proc里面的信息做解读
其中有两个文件很特殊一个是cwd一个是exe exe指向可执行程序的位置实时监控进程启动的可执行文件的状态。cwd是指向可执行程序当前的工作目录。当我们在代码中有创建文件的行为如果使用的是相对地址那么程序运行起来后相对地址前面会拼上cwd构成绝对进程。
我们以下面的代码来进行验证 运行起来后在proc里面可以查看到cwd已经修改 因此最终生成的文件会在cwd目录下生成 当程序开始执行时我们就可以删掉可执行程序因为程序相关代码已经被加载到内存中了此时exe就会检测到
