简单了解操作系统

操作系统是一组专门做计算机资源管理的软件的统称。目前常见的操作系统有：Windows，Unix，Linux，OSX，Android，ios等。

管理什么：

1. 管理下层的硬件设备---通过硬件的驱动程序来管理硬件

2. 管理上层的进程---在任务管理器中可以看到

操作系统如何管理进程

要运行一个进程，需要先分配一些系统资源（内存，网络，硬盘等）

进程是系统分配资源的基本单位（最小的单位）

进程启动，需要先创建一个PCB（Process Control Block，进程控制块），进程也称作任务

操作系统管理进程就是在一个数据结构中（如双向链表），存储每个进程的pcb，通过pcb来管理进程

创建：数据结构中，新建一个pcb

关闭：数据结构中，删除一个pcb

关于PCB（进程控制块）

PCB包括以下：

1. pid：操作系统为每个进程分配的一个身份标识，一个系统中的pid是唯一的

2. 内存指针：用于标识进程占用在内存中的位置

3. 资源清单：

    (1) 设备资源：如打印机，键盘等等

    (2) 文件资源：通过一个文件描述表，里面记录了可以使用的文件列表（类似数组结构）

                           文件描述表：里边储存文件描述的信息，所在的索引也叫文件描述符

          每个程序运行时，打开都会默认三个文件描述符，对应Java中：System.out,in,err(分别代表标准输出，标准输入，错误输出)

还存在一些调度信息：

4. 优先级

5. 其他的调度信息：如进程已经执行/等待了多久，执行了那些代码

6 进程上下文：

进程在时间片轮转调度的时候，切换出去时的环境（运行的指令行需要的变量等等）为上文，恢复执行时的环境为下文

需要在切换出去时保存上文，恢复时，读取之前保存的信息到下文，类似玩游戏的存档，读档

进程调度算法

我们系统中，运行的进程数量，远远超过了cpu的核心数，原因就是操作系统调度进程，在cpu上来执行指令

操作系统调度进程时的调度算法：

先来先服务：根据时间先后顺序来执行

高优先级优先：优先级高的进程，优先执行，这里的优先级指的是总的优先级（优先级信息+进程等待时间）

短作业优先：某个作业（一组任务）执行的剩余时间越短，就优先执行 （非抢占式）

缺陷：某些耗时长的任务，就可能没有机会执行了（也叫做饥饿）

抢占式：某个高优先级的进程加入，就可能暂停优先级低的任务，先执行优先级高的。更多的用于实时性高的系统（执行进程，需要及时反馈，得到运行结果）

Java中的多线程，就是使用抢占式的方式

非抢占式（了解）：某个进程，必须执行完毕，由进程告诉操作系统，我执行完了，可调度后续的进程。（也可能出现进程饥饿现象），这种一般用于批处理系统中，它不关注某个任务是否先执行，只关注总的执行效率

时间片轮转调度算法

采用这个算法，我们看起来，整个电脑中远远超出cpu核心数的进程，还是在同时在执行。

操作系统中，使用了一个就绪队列的数据结构，其中要存放要运行的进程。

每次使用头节点的进程，来运行一段时间，再放回到队尾，运行的时间叫做该进程这次运行的时间片，这个时间片的大小，是由操作系统计算出来的

进程执行表现的特性

并发：一个cpu以时间片轮转调度的方式一次执行多个进程（人肉眼感知是“同时”执行）

并行：多个cpu在一个时间点上，同时执行多个进程

多个程序的代码执行：既存在并发，也存在并行

表现特征：单个程序代码的执行顺序还是顺序的，多个程序的代码之间，就可能是无序的

虚拟地址空间（虚拟内存）

🌻为什么需要虚拟内存？虚拟内存有什么用？（大厂面试常问）

1. 进程内存独占性：隔离进程间使用的内存，进程不使用公用的物理内存，否则进程1修改了某个变量，就可能导致进程2整个程序挂掉

2. 扩展内存容量：某个进程如进入阻塞/时间片轮转切换出去，有一些从硬盘中读取到的内存数据，所有占用的总内存可能超过物理内存，采取的方案就是使用虚拟内存映射到硬盘

（使用硬盘容量作为虚拟内存的一个扩展）

某个进程在虚拟内存中，占用的空间是一个类似书籍一样的，一页一页的（分页式内存）

当某一页映射到物理内存，但是发现没有对应的数据，就会产生一个错误，“缺页式中断”，就会从外设中查找

进程间的通信

如上所述，进程是操作系统进行资源分配的最小单位，这意味着各个进程互相之间是无法感受到存

在的，这就是操作系统抽象出进程这一概念的初衷，这样便带来了进程之间互相具备“隔离性”。

但现代的应用，要完成一个复杂的业务需求，往往无法通过一个进程独立完成，总是需要进程程进

行配合地达到应用的目的，如此，进程之间就需要有进行“信息交换“的需求。进程间通信的需求应运而生。

由于虚拟内存隔离了进程使用的内存，需要共享数据，就需要采取通信的方式

目前主流操作系统中提供的进程通信机制如下：

管道  共享内存  文件   网络   信号量  信号

其中，网络是一种相对特殊的 IPC 机制，它除了支持同主机两个进程间通信，还支持同一网络同一主机上的进程间进行通信。