文章目录
- Java发展史
- 计算机发展史
- 冯诺依曼体系Von Neumann Architecture
- 虚拟内存的过程
- 进程间通信
- 什么是操作系统？
- 操作系统的功能和目标
- 系统资源经理
- 用户与计算机硬件之间的界面
- 最接近硬件层次
- 过程是什么(总结)
- 为什么要引入过程概念？
- 什么是进程
- 进程有什么样的特征
- 三种基本状态的过程
- 处理机和CPU的区别
- 处理机
- cpu
- 不同的过程和程序
- 进程控制
- 创建进程
- 进程终止
- 阻塞唤醒
- PCB里面有什么？
Java发展史
,我在这里告诉你Java的发展史世界上没有完美的程序，因为写程序是一个不断追求完美的过程。同样，没有一种语言是完美的，只有不变的变化。Java自诞生以来，它不仅仅是一种语言，它涵盖了一个庞大的技术体系。
每隔一段时间就能在网上看到几条X语言将来会被取代Java新闻，这里X”可以用Kotlin、Golang、Dart、JavaScript、Python代入各种编程语言。这大概就是长期占据编程语言榜单第一的烦恼，挑战者总是陪伴着世界第一。
过去二十年Java在未来，孤独求败，Java它也面临着来自云原生、容器化和其他设计更完美的语言的各种挑战。我相信它有各种独特的技能Java它将焕发出更加耀眼的光彩，再次攀登另一个高峰。假如你问我，Java我的回答是，99%会下降吗？但是我们的学习不会停止，我们已经掌握了Java,学习其他编程语言会像切卷心菜一样简单，所以不要太担心这个问题Java是在1991年由SUN公司的James Gosling（Java之父)及其团队开发的编程语言，第一个版本需要18个月，最初被命名为Oak(一种橡树)。Java现在广泛应用于各种大型互联网应用，其设计的最初动机主要是平台独立（即体系结构中立）语言的需要，可以嵌入到各种消费类电子设备（家用电器等），但市场反应不佳。随着20世纪90年代互联网的发展，SUN公司看到了Oak1995年，互联网上的应用场景更名为Java随着互联网的兴起，印尼爪哇岛的英文名称以盛产咖啡而闻名。Java逐渐被称为重要的Web应用开发语言。Java可以主要看发展JavaWeb的发展，Java也见证了互联网的发展过程。发展至今，Java它不仅是一种编程语言，也是一种由一系列计算机软件和规范组成的技术系统，Java 它是基于几乎所有类型的网络应用程序，也是基于嵌入式和移动应用程序、游戏的开发和提供 Web 企业软件的内容和全球标准。从笔记本电脑到数据中心，从游戏控制台到科学超级计算机，从手机到互联网，Java 无处不在！
- 97% 的企业桌面运行 Java
- 美国有 89% 桌面(或计算机)运行 Java
- 全球有 900 万 Java 开发人员
- 开发人员的头号选择
- 部署平台排名第一
- 有 30 亿部手机运行 Java
- 100% 蓝光盘播放器附带 Java
- 有 50 亿张 Java 卡在使用
- 1.25 亿台 TV 设备运行 Java
- 前 5 所有原始设备制造商都提供了 Java ME
说到Java自然离不开JDK、JVM、JRE，三者有什么关系？ ● JDK（Java Development Kit）Java包括开发工具包Java语言、Java虚拟机、Java支持类库Java最小的程序开发环境。 ● JVM（Java Virtual Machine）Java虚拟机在各种操作系统中运行Linux，Windows，Solaris等等，执行编译Java字节码class文件。 ● JRE（Java Runtime Environment）Java包括运行环境JavaSE中核心类库API和Java简单理解为虚拟机JVM 核心类库API。 ● 1991年4月，Java之父James Gosling带领绿色计划（Green Project）项目启动，位于消费电子产品(机顶盒、冰箱、收音机)运行架构Oak这也是语言诞生的原因Java前身，但市场反响一般。 ● 1995年5月23日，随着1995年互联网浪潮的兴起，Oak迅速蜕，Java语言诞生，在SunWorld大会上发布Java1.第一次提出Write Once，Run Anywhere的口号。 ● 1996年1月23日，JDK1.0发布，纯解释型Java虚拟机（Sun Classic VM）、Applet、AWT等诞生。 ● 1996年4月，十大主要操作系统和计算机供应商声明将嵌入其产品Java技术， ● 1996年5月底，Sun首届在美国旧金山举行JavaOne大会，从此JavaOne成为世界上数百万Java开发者每年举办一次技术盛会。 ● 1996年9月已有8月左右.3万个网页应用Java生产技术。 ● 1997年2月19日，Sun公司发布了JDK1.1，代表技术：JAR文件格式、JDBC、JavaBeans、RMI等，Java语法也得到了增强，内部类别（Inner Class）和反射（Reflection）出现。 ● 1998年12月4日，JDK1.2.这是一个重要的里程碑版本，工程代号是Playground(竞技场)这个版本有很多代表性的技术，比如EJB、JavaPlug-in、Swing、JavaIDL等等，而且使用非常频繁Collections系统工具等，而且这个版本Java虚拟机首次内置JIT（Just In Time）即时编译器后续发布JDK1.2.1和JDK1.2.两个小版本升级。在JDK1.二中曾共存ClassicVM、HotSpotVM、ExactVM三个虚拟机，其中HotSpot作为附加程序提供。也在这个版本Sun开始拆分对应的Java产品线，Sun把它放在这个版本里Java技术体系分为三个方向： ○ 它们是为桌面应用程序开发的J2SE（Java 2 Platform，Standard Edition） ○ 面向企业级开发的J2EE（Java 2 Platform，Enterprise Edition） ○ 手机等移动终端开发J2ME（Java 2 Platform，Micro Edition） ● 1999年4月27日，HotSpot虚拟机诞生了，HotSpot最初由Longview Techno-logies公司研发于1997年Sun公司收购，后来它成为JDK 1.3及之后所有JDK版本的默认Java虚拟机。 ● 2000年5月8日，工程代号为Kestrel(美洲红猎鹰)JDK 1.3发布。 ● 2000年5月8日，工程代号为Kestrel(美洲红猎鹰)JDK 1.3发布。JDK 1.3的改进主要体现在Java(如数学运算和新的)Timer API等)，此外，它一直被用作扩展服务JNDI基于平台级服务，服务也开始提供CORBA IIOP协议实现通信段RMI也出现了。 ● 2001年5月17日，JDK1.3的修订版JDK1.3.发布，工程代号Ladybird（瓢虫）。从JDK1.3开始，Sun公司保持稳定的发展步伐，每两年发布一个主要版本，期间发布的每个修订版本都以昆虫为工程代码。 ● 2002年2月13日，JDK 1.4发布，工程代号为Merlin(灰背猎鹰)。JDK 1.4是标志着Java一个真正成熟的版本。Compaq、SAS、Fujitsu、Symbian、IBM等待许多大公司参与功能规划，甚至实现自己的独立发行版本。即使在20年后的今天，一些主流功能也可以JDK1.本版主要代表技术包括正则表达式、异常链、NIO、日志类、XML解析器和XSLT转换器等。 ● 2002年9月16日，工程代号为Grasshopper（蚱蜢）的JDK1.4.1修订版发布。一年前后，微软平台.NET Framework发布，至此Java平台和.NET平台竞争开始拉开序幕。但似乎Java最后，在2014年，开源策略更好 年 11 月 12 日，微软正式宣布.NET Core 的开源。 ● 2003年6月26日，工程代号为Mantis（螳螂）的JDK1.4.2修订版发布。 ● 2004年9月30日，JDK 5发布，工程代号为Tiger（老虎），Sun公司从这个版本开始放弃JDK 1.x命名方法将产品版本号修改为JDK x，JDK1.2以来Java语法上的语言变化不大，这个版本的语法易用性有了很大的提高，如自动装箱、泛型、动态注释、枚举、可变长参数、foreach等。此外改进了Java的内存模型（Java Memory Model，JMM）、提供了java.util.concurrent并发包（由Doug Lea大师带Java等等，JDK 5.官方声明可以支持Windows 9x最后一个版本的操作系统。 ● 2006年11月13日，JavaOne大会上，Sun公司宣布计划Jav开源，随后在一年多的时间内，陆续的将JDK各部分在GPL V2协议下公开源码，随后并建立了OpenJDK组织对这些源码进行独立管理，除了极少部分的产权代码，OpenJDK几乎拥有了SunJDK 7中的全部代码。
● 2006年12月11日，JDK6发布，工程代号为Mustang（野马）。在这个版本中，Sun公司终结了从JDK 1.2开始已经有八年历史的J2EE、J2SE、J2ME的产品线命名方式，启用Java EE 6、Java SE 6、Java ME 6的新命名来代替。在JDK 6中提供了众多改进，如通过Mozilla JavaScript Rhino引擎提供初步动态语言支持，提供编译器注解处理器（Annotation Processor这也是Lombok的原理，通过注解生成模板代码）和微型HTTP服务器API，以及对虚拟机内部锁、同垃圾收集、类加载机制等方面进行了大量优化改动。在JDK 6发布以后由于代码的复杂化，Java开源、开发JavaFx、世界经济危机以及Oracle对Sun的收购提案等原因，Sun公司内忧外患自顾不暇，原本稳定的开发进度也受到了很大的影响，使得JDK 6的生命周期也持续了很久，一共发布了211个更新补丁，最终版本为Java SE 6 Update 211，于2018年10月18日发布。
● 2009年2月19日，工程代号为Dolphin（海豚）的JDK 7发布，这是其第一个里程碑版本，按照规划，共有十个里程碑版本发布，最后一个里程碑版本发布与2010年9月9日，由于各种原因JDK 7没有按照原计划完成。JDK 7开发阶段Sun公司在技术竞争和商业竞争中都深陷泥潭，已经无力推动开发进展，为了尽快完成JDK 7的发布，因此裁掉了大部分原定的功能，对于原定的Lambdax项目、Jigsaw项目、动态语言支持、Gabage-First垃圾收集器、Coin项目只匆匆交付了处于Experimental状态的G1垃圾收集器（直到2012年4月的Update 4中才开始正式商用），其余项目延期到JDK 8中。Oracle从JDK 7开始进行接手，迅速展现出了其极具商业化的处世风格，面对Java中使用最广泛的Java SE免费产品线，定义了一套新的商业版产品Java SE Support ,此外JDK 7计划维护到2022年，已经面向付费用户发布了211个补丁，最新版本为JDK 7 Update 211。
● 2009年4月20日，Oracle宣布正式以74亿美元的价格收SUN公司，一代巨头由此没落，Java商标正式划归Oracle所有，Java语言本身并不属于哪间公司所有，它由JCP组织进行管理。此外Oracle还收购了BEA公司，JavaEE服务器Weblogic就是该公司的产品。
● 2011年7月28日，JDK7发布，做出的改进：提供新的G1收集器、加强对非Java语言的调用支持、可并行的类加载架构等。
● 2014年3月18日，Oracle公司发布JDK 8，从此使用JEP（JDK Enhancement Proposals）来定义和管理纳入新版JDK发布范围的功能特性，JDK 8中实现了JDK7中定义并且未完成的功能，其中也有被延期到JDK 9的Jigsaw模块化功能。
○ JEP 126 Lambda函数表达式支持
○ JEP 104 内置Nashorn JavaScript引擎
○ JEP 150 新的时间日期API
○ JEP 122 移除HotSpt永久代
● 2017年9月21日，Oracle公司发表 JDK 9，这其中较为显著的功能就是在JDK 7时期已经规划的Jigsaw模块化功能，为何屡次发布都未能如约而至，前期可能是技术埋坑，后面遭到了以IBM和RedHat联合的等JCP委员抵抗，否决模块化提案，这种做法无疑是革了模块化支持本身就比较好的IBM的命，面对如此抵抗，Oracle丝毫没有退让，宁愿摒弃JSR独立研发，也要推行Jigsaw的发展，如果成真，想必Java也会面临如Python2和Python3的巨大不同，好在最终达成一直协议，Java还是那个完整的Java。JDK 9还提供了JS Shell、JLink、JHSDB等增强。JDK 9之后，Java也以更加敏捷的交付方式如期而至，每年的3月和9月发布一个版本，美6个月发布一个版本，每三年一个LTS版本，目的是避免众多功能交付在一个捆绑JDK的风险，并且提出了孵化器模块（Incubator）和预览特性（Preview）两个概念。也是在这个版本中CMS开始被废弃。
● 2018年3月20日，Oracle公司发布JDK 10,主要对内部进行重构，统一源仓库，统一垃圾收集器接口，统一即时编译器接口（引入Graal几时编译器，这里也埋下一个伏笔），这些改进对于用户并不明显，但对后期的版本打下了良好的基础。
● 2018年3月，同样发生了比较重要的一件事，Oracle正式宣布Java EE成为历史名称，曾经拥有着无数光辉的Java EE产品线（至今仍使用较为广泛的JDBC、JMS、Servlet等组件）被Oracle扫地出门，全部打包赠送给Eclipse基金会，并且不能使用Java商标，并且更名为Jakarta EE。
● 2018年10月，自1996年以来每年一度的已经举办了22年的JavaOne大会，没有人预测到这也是最后一届，同年6月Java Mission Control的开发团队也被Oracle解散。
● 2018年9月25日，JDK 11发布，这也是一个LTS（long-term support）版本，包含17个JEP，同时被引入的还有ZGC这样革命性的垃圾收集器，好比G1的诞生，比G1又更具神秘感。同时Oracle也调整了JDK的授权许可证，把以前的商业许可证授权给OpenJDK，官方宣布同时发布两个JDK，一个是Oracle OpenJDK，一个是OracleJDK，共享大部分源码近乎一致，个人均可免费使用，OpenJDK有半年的更新支持，OracleJDK商用必须付费，且支持三年的更新。因此Java收费纯属谣言，商业用户如果想使用最新的版本支持就必须付费。
● 2019年3月20日，JDK 12发布，RedHat接手了OpenJDK 8和OpenJDk 11的管理和维护权。在JDK 12中包含了8个JEP，主要有Switch表达式和JMH测试套件，最引人注目的就是Shenandoah垃圾收集器，作为首个在JDK 7以后非Oracle开发的垃圾收集器，其目标与ZGC一致，这种竞争关系，立马得到了Oracle的抵制，在OracleJDK中剔除代码，因此Oracle JDK和OpenJDK的隔离性又如历史在JDK9中开始重演，至于后续Java的发展，以及迎接的挑战也是任重而道远，这取决于Oracle的产品线的定制和JCP的决策了。
● 2019年在9月17日，JDK 13发布，这个版本主要通过改善Java SE平台和JDK的性能，稳定性和安全性来提高开发人员的生产力。共包含了5个JEPs和一个Unicode 12.1的支持总共6大主要新特性。
○ Support for Unicode 12.1 java.lang.Character支持Unicode Character12.1库，相比12.0库新增554个字符。
○ JEP 351: ZGC Uncommit Unused Memory ZGC增强了对未使用堆内存返还操作系统的能力，ZGC对堆内存的控制能力也从4TB提升至16TB，这个版本对ZGC进行了性能的增强。
○ JEP 350: Dynamic CDS Archiving 动态归档能力，HostSpotVM对AppCDS的一个增强。
○ JEP 354: Switch Expressions (Preview)switch表达式的引入，在后面的JDK 17中又继续对其功能进行了增强。
○ JEP 355: Text Blocks (Preview)增加了Java语言对文本块的支持，但这只是作为一个预览性质的功能，通过""" """来放置多行代码。
○ JEP 353: Reimplement the Legacy Socket API 重新实现了java.net.Socket and java.net.ServerSocket 类提供的APIs。
● 2020年3月17日，JDK 14发布，这个版本主要是对JDK历史版本的一些增强，也引入了一些新增的功能.
○ JEP 359: Records (Preview) 新增了java.lang.Record类，Record是一种轻量级的class，可以看做是数据结构体。Java作为面向对象的语言诞生以来，在大型项目中的优势就体现出来了，但是也有一点不好，过于繁琐，一个POJO JavaBean必须包含get、set等方法，Record主要就是解决这类问题的，类似于Lombok的功能。
○ JEP 365: ZGC on Windows
○ JEP 364: ZGC on macOS
○ JEP 345: NUMA-Aware Memory Allocation for G1 G1的NUMA感知内存分配。这样可以提高使用非均匀内存体系结构（NUMA）的大型计算机的性能。
○ JEP 349: JFR Event Streaming 通过启用工具以异步方式订阅Java Flight Recorder事件，这可以对JVM进行更实时的监视。
○ JEP 363: Remove the Concurrent Mark and Sweep (CMS) Garbage Collector，CMS作为一款主打老年代的并发垃圾收集器，虽然历任JDK中都没有被设置为默认的垃圾收集器，但是在解决STW问题时也是有着举足轻重的地位的，从JDK 7开始筹备到JDK 9作为默认的G1垃圾收集器，一度被认为CMS的升级版，在次CMS也开始走下历史舞台。
○ JEP 366: Deprecate the ParallelScavenge + SerialOld GC Combination 随着每一代JDk中对垃圾收集器的升级以及新的垃圾收集器的引入，ParallelScavenge + SerialOld（Oracle指出很少有人使用）组合的GC也被弃用了，并在不久的将来被移除，完成了自己的历史使命。
● 2020年9月15日，JDK 15发布，按照规划路线，JDK 14也停止更新，JDK 15虽然不是LTS版本，但也引入了一些开创性的功能和对早期版本功能的一些优化。
○ JEP 371: Hidden Classes，
○ JEP 378: Text Blocks，在JDK 13已经发布的二次预览版本，对于文本块的支持非常友好。
○ JEP 377: ZGC A Scalable Low-Latency Garbage Collector (Production)，这个支持应该算是比较重要的，相比于JDK 11作为实验性质而引入的ZGC，在这两年中ZGC现在已准备好用于生产，不再标记为实验特征，可以直接使用 -XX:+UseZGC开启ZGC，不再需要XX:+UnlockExperimentalVMOptions额外的配置。需要注意的是在OracleJDK中使用的是ZGC，而在OpenJDK中使用的是Shenandoah GC，使用命令-XX:+UseShenandoahGC开启。
● 2021年3月16日，JDK 16发布，这部分依旧是一些功能的优化升级。
○ JEP 389: Foreign Linker API (Incubator)提供静态键入的纯-java访问本机代码的API。
○ JEP 393: Foreign-Memory Access API (Third Incubator)提供了操作外部内存能力的API。
○ JEP 380: Unix domain sockets java.nio.channels, SocketChannel和ServerSocketChannel新增了对UNIX套接字的支持。
○ JEP 338: Vector API (Incubator) 提供孵化器模块的初始迭代，JDK.INCUBATOR.Vector，以表达在运行时可靠地编译的向量计算到支持的CPU架构上的最佳矢量硬件指令，从而实现对等效标量计算的卓越性能。这一点在JDK 17上持续增强。
○ JEP 376: ZGC Concurrent Stack Processing，ZGC的并发标记，不同于CMS的标记，ZGC的标记只有三个阶段，且每一个阶段的操作，无论是标记还是清理都是并发操作，大大降低了STW的时间，几乎零延时。这也算是Java在垃圾回收中比较开创性的变革。
○ JEP 387: Elastic Metaspace，JDK16对元数据区切分为更小的内存块，并将不再使用的内存快速返还给操作系统，对于频繁加载和卸载类的应用来说这一优化可以产生大量的空闲内存，提升整个JVM的性能。
○ JEP 397: Sealed Classes (Second Preview)，对JDK内部方法提供强制的封装，在JDK 17依然进行了升级优化。
○ JEP 395: Records，从JDK 14作为预览版被提供在，这里已经升级为正式版功能。
○ JEP 392: Packaging Tool，新的打包工具，在JDK 14中通过JEP343被提案，在JDK 15中被孵化，在JDK 16中被提升为正式支持使用，通过jpackage命令支持native可执行程序打包。
● 2021年9月14日，JDK17发布，这也是在JDK 11之后的下一个LTS版本，JDK 17也是Java六个月发布节奏下的最新的长期支持（LTS）发布，主打安全、性能、稳定为特性，并且官方计划支持到2029年9月。在这个版本中包含了14个JEPs更新。
○ JEP 356: Enhanced Pseudo-Random Number Generator 伪随机数增强器
○ JEP 391: macOS AArch64 Port 新平台的支持
○ JEP 410: Remove the Experimental AOT and JIT Compiler 移除了实验性质的AOT和JIT编译器
○ JEP 411: Deprecate the Security Manager for Removal 弃用安全管理器
○ JEP 406: Pattern Matching for switch (Preview) switch表达式，这可能是一个让switch翻身的功能。
○ JEP 412: Foreign Function and Memory API (Incubator) 外函数和内存相关的API，在JDK 14和JDK 15中引入的孵化API，使Java程序能够与Java运行时之外的代码和数据互操作，通过有效地调用外部函数（即，JVM之外的代码），并通过安全访问异物，这些API使Java程序能够调用本机库并进入本机数据而不提供Java本机接口（JNI）的脆性和复杂性。
○ JEP 414: Vector API (Second Incubator)允许表达在运行时可靠地编译的向量计算以支持的CPU架构上的优化矢量指令，从而实现优于等效标量计算的性能
其实在20世纪90年代,那个时候互联网才刚刚兴起不久,在当时的编程圈子里.C/C++是绝对的王者,M国有个大佬,想要研究一个东西,叫做"智能面包机",他带着他的团队用C/C++来开发,但是后来发现他的队员好像有些搞不定,所以他想弄一个更简单一点的编程语言来代替C++用来开发面包机.后来面包机做没做成不知道,但他弄出来的这个语言倒是火了,它便是Java.这个大佬所在的公司便是Sun.公司初始对Java的定位是搞嵌入式开发.后来,大佬们盯上了刚刚兴起的互联网,他们便使用Java嵌入到浏览器当中,在页面上和用户进行交互,这正是"前端开发",那个时候叫做Applet(现在在图书馆里翻一些比较老的教材,还能看到这个词的影子)后来Java逐渐崛起,成为了一个非常主流的编程语言.这时,一个人暗中观察,一看Java这么火,为了蹭热度,他就把自己做的语言起名字叫做JavaScript,它干的事情还和Java差不多还有一些语言也能进行前端开发,比如MS VBScript 也能用于前端开发当年的前端圈子也是群魔乱舞的状态最开始很牛逼的浏览器叫做网景,后来就是IE,由于IE和Windows捆绑销售,IE逐渐一统江湖前端开发的编程语言都是运行在浏览器上的然而这是,MS就做出了一个违背祖宗的决定,在IE上全面封杀Java,这一举动,让Java一路从天堂跌入地狱无奈,VBS也是个阿斗,反而被JavaScript抢占了先机,从而成为了前端开发的第一语言但虽然如此,Java也并没有从此一蹶不振,它又开始寻找新的出路
- 在后端方面,当年后端主流的开发手段有PHP,JSP,ASP.而谈到网站后端开发,就会谈到LAMP四剑客分别为:
L:Linux A:Apache M:MySQL P:PHP(PHP一度认为自己是世界上最好的语言,这句话出现在它们的官网上)
- 嵌入式设备:JavaME针对功能收集开发应用程序
随着21实际的到来,此时,乔布斯发布了苹果手机,从此开启了移动互联网的时代,IOS和安卓崛起,诺基亚等功能收集,在短短几年之内也就从霸主沦落到要变卖总部大楼同时,JavaME这台技术体系,也瞬间就凉凉了Java再一次从天堂跌到地狱.但Java这次依旧没有沉沦,并且安卓向Java抛出了橄榄枝.安卓,谷歌内部支持了使用Java作为安卓的原生开发语言(当然C++也可以)这一波程序员就涌入了安卓市场,一下子就把安卓的生态给打通了,进入了良性的发展循环,市场份额奋起直追,很快就超越了苹果,Java也成为了移动端开发的大哥大.后端开发这个领域.原来PHP这样的"服务器选渲染"这样的实现方式逐渐没落,新的"全后端分离"的开发方式也逐渐崛起Java的Spring全家桶也随之崛起,Java一句超越PHP成为了后端的大哥大.而这些也使Java成为了编程语言排行榜的No.1而且霸榜多年
计算机发展史
计算机发明者约翰·冯·诺依曼。计算机是20世纪最先进的科学技术发明之一，对人类的生产活动和社会活动产生了极其重要的影响，并以强大的生命力飞速发展。它的应用领域从最初的军事科研应用扩展到社会的各个领域，已形成了规模巨大的计算机产业，带动了全球范围的技术进步，由此引发了深刻的社会变革，计算机已遍及一般学校、企事业单位，进入寻常百姓家，成为信息社会中必不可少的工具。计算机的应用在中国越来越普遍，改革开放以后，中国计算机用户的数量不断攀升，应用水平不断提高，特别是互联网、通信、多媒体等领域的应用取得了不错的成绩。1996年至2009 年，计算机用户数量从原来的630万增长至6710 万台，联网计算机台数由原来的2.9万台上升至5940万台。互联网用户已经达到3.16 亿，无线互联网有6.7 亿移动用户，其中手机上网用户达1.17 亿，为全球第一位。
推荐书籍:<计算机简史>
冯诺依曼体系Von Neumann Architecture
- CPU中央处理器:进行算数运算和逻辑判断
- CPU内部本质上是由一大堆的门电路构成
- CPU内部的继承程度越高,就认为计算机的能力越强
- CPU上面还包含了寄存器,可以存储一些运算的中间结果
- CPU执行程序的过程,大概是取指令,解析指令,执行指令
- 存储器:分为外存和内存,用于存储数据(使用二进制方式存储)
内存:存储空间小,访问速度快,贵,断电后数据丢失 外村:存储空间大,访问速度慢,便宜,断电之后数据不丢失
- 输入设备:用户给计算机发号施令的设备
- 输出设备:计算机给用户汇报结果的设备
针对存储空间:
硬盘>内存>>CPU
针对数据访问速度
CPU>>内存>硬盘
- 操作系统:其实算是软件
- 对下管理各种硬件设备
- 对上给各种软件提供稳定的运行环境
操作系统是一个搞管理的软件,还要管理很多其他的东西 比如内存管理,文件管理,设备管理…进程管理~
一个可执行文件,是静态的.当我们双击运行的时候,操作系统就会把这个可执行文件中的关键信息加载到内存中,并且开始运行里面的代码,就会形成一个进程
- 我们在访问一些病毒网站的时候,十有八九会让你下载一些可执行程序,这些程序十有八九就是病毒,如果只是单纯下载下来,一般来说问题不大,但是如果一旦运行就歇菜了.
- 那么有没有什么办法,我们想上这样的网站,又不想中毒>?
- 确实有,那就是虚拟机软件
- 使用软件,虚拟出来一个计算机,可以在这个虚拟的计算机里面安装操作系统,在虚拟的计算机里访问各种网站,安装运行各种程序,都不会影响到你真实的物理计算机了.
大家要主义区分,进程和程序(可执行文件)之间的区别.如上任务管理器中框出来的就是一个进程,QQ跑起来的模板,是动态的,被加载到内存中的如上,这是一个可执行文件,是静态的,躺在硬盘里面的,一个计算机的硬盘上面可能会躺着很多的可执行文件,同一时刻,可能只有一小部分在运行(变成了进程)
进程管理:一个操作系统上,同时跑着这么多的进程 操作系统就需要把他们都安排明白了
怎么管理呢?
- 先去描述:使用一个类/结构体,(进程管理是操作系统内核的功能,操作系统又是C语言实现的)把这个东西有啥特征,都表示出来(C语言的结构体就是初级的类)
- 再组织:使用一个数据结构,把很多个这样的对象/结构体给整理到一起
操作系统的定位:
PCB:进程控制块
就是一个结构体,这个结构体里包含了一些表示进程的核心信息
操作系统内核中,就把若干PCB串成了一个双向链表
PCB里面都有啥信息?(最好的办法还是看看操作系统内核的源码)
- 进程有个身份标识,叫做pid
- 还有个内存指针:操作系统把一些必要的数据加载到内存中
(有些是要运行的指令–代码)
(有些是运行时依赖的数据–全局变量) 内存指针就描述了该进程的内存中那些部分是指令,哪些部分是数据
- 文件描述符表:表示当前进程都打开了哪些文件
C语言在代码中打开一个文件用fopen
就会在进程的文件描述符表里给这个文件分配一个表项 该文件表述符可以理解为顺序表,每个元素就代表一个打开的文件,对应的数组下标就是"文件描述符"
以上描述了进程持有哪些系统的资源, 我们也把也进程认为是操作系统中"资源分配"的基本单位!
进程中还有一组比较关键的属性,是用来实现进程的调度的(通俗点讲就是调用)
本质问题,当前的计算机,CPU是优先的,但是进程数量比较多的, CPU核心数只有6核 进程数量却非常非常多,几十个上百个 操作系统是要做到尽可能的公平,让每个狼都有吃肉的机会,这个时候就需要进行调度 CPU的轮转速度其实是非常快的 CPU主频是1.9GHz 1s有19亿个时钟周期,是时间片在轮转
- 因此人感知不到这样的轮转,站在宏观角度来看,就好像这些进程都在同时执行一样,但是微观上并不是同时,而是"轮转"的方式占用CPU执行-----并发式的执行. 这属于是宏观上同时进行,但微观上不是同时进行的
- 由于CPU上有多个核心,每个核心上都可以跑一个进程.某一个时刻两个进程就是在两个CPU核心上同时执行的.----并行式执行. 这是宏观上同时执行,微观上也是同时执行
实际开发中,其实并不会对这两个概念做出明确的区分(从人的宏观角度看,其实看不出来区别)所以往往使用"并发"概括表示"并发"和"并行"
称为"并发编程"
好,我现在举一个亲身经历过的事情,来帮助大家来理解多进程与并发
首先,有一个长得挺好看的女生叫做小灵,她的追求者很多, 虽然林子大什么鸟都有,但她的这些追求者中,没有人同时有钱长得帅成绩好 所以这个女生决定同时谈多个对象.我们假设出三个对象 小张:有钱但是渣 小金:长得帅成绩也很好 小葛:没有小张有钱,没有小金长得帅,但他是恋爱脑,是个舔狗 因为担心人设崩塌,我们的小灵为了维持好自己完美的人设口碑,不能让小张,小金,小哥之间有任何交集 我们称小灵为时间管理大师,她将制作规划出一个时间表,这个时间表就像是课程表,规划出什么时间和谁去约会看电影吃饭 周一:她和小张出去逛万达广场,买了包包 周二:她和小金出去吃了顿饭,吃完饭去海边玩 周三:她和小葛一起去自习室
- 这里就相当于小灵在安排时间表的时候,先把时间安排给谁,后把时间安排给谁.
- 进程安排的优先级规定关乎小灵的个人体验,也就是CPU的执行效率
- 小灵的择偶标准是有钱/长得帅->有钱->长得帅->成绩好,所以她的时间表安排就有一个优先级,优先给有钱b安排时间,所以把一整周的时间都给有钱比,给这个有钱b小张最好的体验,其次再给帅哥小金安排时间,至于舔狗小葛,就看剩下来有没有时间了.
- 安排时间表的时候要考虑到每个人的特定状况
- 对于进程来说也一样,有很多状态
- 其中进程的状态最典型的就是:
- 正常情况下,有钱比小张,帅哥小金,舔狗小葛都是就绪状态(意思就是小灵随便安排时间,他们都是随叫随到),
- 但如果有钱b小张有一天不在(相当于进入阻塞状态),此时小灵就没法给小张安排时间,就没法跟小张约会了.
- 小灵在安排时间表的时候,需要考虑到一些历史的信息(也就是以往的安排)
- 如果连续好几个礼拜都没有去安排给舔狗小葛的时间,
- 一看统计数据,给小葛安排的时间太少了,小灵可能就要失去这个小可爱了.
- 所以在下一周可能会多排一点点时间给小葛.
- 操作系统也是如此,它在安排进程的时候,也会记录每个进程以往在CPU上执行的时间
- 如果发现某个进程被安排的时间太少,就会适当得调整策略
- 这里不一定是以执行时间为单位,也有可能是以执行的指令数为单位
- 对于继承来说,上下文,具体指的就是CPU里面寄存器的一堆值,
- 上下文就会在进程被切除CPU的时候把寄存器的状态保存到PCB里面(内存)
- 下次进程回到CPU上就把PCB里的上下文信息读取出来,恢复到CPU寄存器中
- 这里简单举个例子,某一次,CPU小灵和进程1小张说好了,两周以后,让小张带她去夏威夷旅游.
- 又有一次,小灵和帅哥小金在一起的时候,和他说好了,下次见面的时候小金会给她带个小礼物.
- 如果没有进程的上下文,小灵就搞不清和谁做了什么约定,所以就有可能会对着帅哥小金说:夏威夷那边儿准备的怎么样了,这个时候,聪明的小金就会察觉出什么,然后小灵就会被曝光了,对应CPU处理这个进程就处理错误了.
- 为了避免出现这种穿帮的情况,小灵就需要记录好每次约会之后的一些关键信息,尤其是这次约会还没处理完的事情,要下次和同样的对象处理完,
- 那么下次再去处理的时候,小灵就需要明确的记录好当前处理的进度,这样下次约会的时候就可以从上次的结果中继续往下进行了.
- 这里也可以有另外一种理解,即为 **存档和读档 **
- 存档保存的信息,就是上次退出之前的游戏状态,这个游戏转台就是上下文
进程的虚拟内存
和进程非常相关的概念进程的虚拟地址空间
进程需要使用一些系统的资源,其中内存资源就是一个很关键的资源这里我用稍微通俗一点的语句给大家讲解一下:
首先,我们的CPU运作时,CPU中有一块空间,叫做寄存器,它的运行速度是最快的,但同样空间很小, 然后是内存,PCB所存储的进程就被安排在内存中, 那么我们现在的内存不够了,程序运行不过来了.导致运行内存爆满的原因有以下几个原因:
那么我们现在可以通过"虚拟内存"来优化内存,让进程所占用的内存空间排布更加优化.
那么这里又会出现一个问题,如果每个进程都有一个"虚拟地址空间".那一个系统里面进程又那么多,如果把这些虚拟地址空间再加到一起,比物理内存大很多,可怎么办呢?
- 我认为,硬盘空间的价值是远远没有内存空间大的,所以有舍有得,利大于弊
- 而且虽然系统里面的进程很多,但实际上同一时刻执行的进程其实没几个!!
- 即使同一时刻,有好几个进程在跑着,这些进程也并不是把所有的虚拟地址空间的内存都用上了
- 假设同时是6个进程在跑,很可能每个进程只用了1M的内存空间,虽然每个进程的虚拟空间很大,但是实际上使用的内存其实只有一小部分
- 物理内存只需要把真是使用的这部分内存数据给表示出来就好了
- 极端情况下,确实同时跑的这几个进程同时吃了很多的真实内存,从而导致我们的物理内存空间不够用了(如果出现这种情况,就是bug了,我们就需要想办法优化一下内存的占用,或者扩容换一个内存更大的机器)
我们所说的服务器开发,服务器程序可是非常吃内存的.
进程间通信
那么进程通过虚拟内存引入了隔离性,确实让系统更加稳定了,但是也有别的问题随之出现,如果多个进程之间想要相互配合工作的话,这样的隔离性反而适得其反.所以聪明的大佬们就在操作系统中又引入了进程间通信的概念在隔离性的前提下,在进程所存储的内存里开了个口子,能让多个进程之间能够相互通信.操作系统提供的进程间通信方式有很多种,但是本质上都是一样的弄一个多个进程之间都能访问到的公共资源,借助公共资源来进行进程之间的通信,
操作系统是什么?
操作系统(Operation System, OS) 是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理的组织和调度计算机的工作和资源的分配，以提供给用户和其它软件方便的接口和环境，它是计算机系统中最基本的系统软件。这里的用户是可以直接和操作系统直接进行交互的,但是大多数情况下都是通过应用软件与操作系统进行交互.硬件指的是CPU,内存,硬盘等资源操作系统说明:
- 负责管理协调硬件,软件等计算机资源的工作
- 为上层的应用程序,用户提供简单易用的服务
- 操作系统是系统软件,而不是硬件
操作系统的功能和目标
我们可以先思考一下:
- 操作系统作为(资源包括硬件,软件,文件等),那么塔需要提供些什么功能呢?
- 操作系统作为,要为其上层的用户,应用程序提供简单易用的服务,需要提供什么功能?
- 操作系统作为,需要在纯硬件的基础上实现什么功能?
系统资源的管理者
我们以植物大战僵尸为例:step1:找到安装目录D:\植物大战僵尸\PlantsVSZombiesstep2:双击PlantsVSZombies.exestep3:植物大战僵尸运行中step4:开始游戏
在第一步中,我们所找到的目录,是操作系统提供的文件管理共嗯那个 一个进程是一个程序的执行过程,执行之前需要将程序放到内存中,所以第二步是操作系统提供的存储管理 一个进程要能正常的往下运行,需要分配CPU,所以第三步是操作系统提供的处理机CPU 植物大战僵尸能够播放声音是因为调用了音频等设备,所以第四步是操作系统提供的设备管理
用户与计算机硬件之间的接口
作为用户和计算机硬件之间的接口,操作系统给我们提供了:
- 命令接口:允许用户直接使用
- 程序接口:允许用户通过程序间接使用
- GUI:线代操作系统中最流行的图形用户接口
其中命令接口和程序接口统称为
示例:
- 联机命令接口:用户说一句,系统做一句,比如在命令提示行中允许time命令,就会和系统产生交互行为.
- 脱机命令接口:用户说一堆,系统做一堆,就是处理多个命令(批处理命令)
- 程序接口:如一些.dll的文件,只能通过用户程序简洁实用,该调用过程称为系统调用
- GUI:比如删除文件可以直接拖拽到回收站,而不用输入命令
最接近硬件的层次
没有任何软件支持的计算机叫做.在裸机上面安装操作系统,可以提供资源管理功能和方便用户的服务功能,将裸机改造成功能更强,使用更方便的极其所以操作系统作为最接近硬件的层次,需要实现对硬件机器的扩展.通常我们把覆盖了软件的极其称为扩充机器,又称之虚拟机.
进程是什么(总结)
为什么要引入进程的概念
- 从理论角度来看,是对正在运行的程序过程的抽象;
- 从实现角度来看,是一种数据结构,目的在于清晰地刻画动态系统地内在规律,有效管理和调度程序.(这里的程序是指进入计算机系统主存储器运行地程序)
什么是进程
- 狭义:进程就是一段程序地执行过程
- 广义:进程是一个具有一定独立功能地程序关于某个数据集合地一次运行活动.它是操作系统动态执行的基本单元,在传统的操作系统中,进程既是基本的分配单元,也是基本的执行单元
进程有什么样的特征
- 动态性:进程的实质是程序在多道程序系统中的一次执行过程,进程是动态产生,动态消亡的.
- 并发性:任何进程都可以同其他进程一起并发执行
- 独立性:一个进程是一个能独立运行的基本单位,同时也是系统分配资源和调度的独立单位
- 异步性:由于进程间的相互制约,使进程具有执行的间断性,即进程按各自独立的,不可预知的速度向前推进
- 结构:进程由程序.数据和进程控制块三部分组成
- 多个不同的继承可以包含相同的程序:一个程序在不同的数据集里就构成不同的进程,能得到不同的结果,但是执行过程中,程序不能发生改变.
进程的三种基本状态
- 就绪状态:进程已经获得除 处理器 意外的所需资源,等待被分配 处理器 资源;只要分配了处理器,进程就可以执行.就绪进程可以按多个优先级来划分队列.例如,当一个进程由于时间片用完而进入就绪状态时,排入低优先级队列;当进程由I/O操作完成而进入就绪状态时,排入高优先级队列.
- 运行状态:进程占用处理器资源;处于此状态的进程的数目小于等于处理器的数目.在没有其他进程可以执行时(如所有进程都在阻塞状态),通常会自动执行系统的空闲进程.
- 阻塞状态:由于进程等待某种条件(如I/O操作或进程同步),在条件满足之前无法继续执行.该事件发生前即使把处理机分配给该进程,也无法运行
处理机和CPU的区别
处理机
处理机是计算机系统中，并按照程序规定的步骤执行指令的部件。程序是描述处理机完成某项任务的。指令则是处理机能直接解释、执行的信息单位。处理机，,。处理机加接就构成完整的计算机系统
cpu
中央处理器（CPU，Central Processing Unit），是一台计算机的运算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。
进程和程序的区别
- 程序是指令和数据的有序集合,是一个静态的概念.而进程是程序在处理机上的一次执行过程,它是一个动态的概念.
- 程序可以作为一种软件资料长期存在,而进程是由一定生命期的.程序是永久的,进程是暂时的
- 进程是有进程控制块/程序段/数据段三部分组成;
- 进程具有创建其他进程的功能,而程序并没有.
- 同一个程序同时运行于若干个数据集合上,它将属于若干个不同的进程,也就是说同一程序可以对应多个进程.
- 在传统的操作系统中,程序并不能独立运行,作为资源分配和独立运行的基本单元都是进程.
进程控制
创建进程
- 引起创建进程的事件:
- 用户登录
- 作业调度
- 提供服务
- 应用请求
- 进程的创建过程
- 一旦操作系统发现了要求创建新进程的事件后,便调用进程创建原语Create()按下列步骤创建一个新进程.
- 申请空白PCB.为新进程申请获得唯一的数字标识符,并从PCB集合中索取一个空白PCB
- 为新进程分配资源
- 初始化进程控制块,而PCB**[为了描述控制进程的运行，系统中存放进程的管理和控制信息的数据结构称为进程控制块（PCB Process Control Block），它是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录性数据结构。它是进程管理和控制的最重要的数据结构，每一个进程均有一个PCB，在创建进程时，建立PCB，伴随进程运行的全过程，直到进程撤消而撤消。]**的初始化包括:
- 初始化标识信息,将系统分配的标识符和父进程标识符,填入新的PCB当中.
- 初始化处理机状态信息,使程序计数器指向程序的入口地址,使栈指针指向栈顶.
- 初始化处理机控制信息,将进程的状态设置为就绪状态或静止就绪状态,对于优先级,通常是将它设置为最低优先级,除非用户以显式的方式提出高优先级要求.
- 将新进程插入就绪队列,如果进程就绪队列能够接纳新进程,便将新进程插入到就绪队列中
- 一旦操作系统发现了要求创建新进程的事件后,便调用进程创建原语Create()按下列步骤创建一个新进程.
进程终止
引起进程终止的事件:
- 正常结束
- 异常结束
- 外界干预
进程的终止过程: 如果系统发生了上述要求终止进程的某事件后,操作系统便调用进程终止原语,按下述过程去终止指定的进程👇
- 根据被终止进程的标识符，从PCB集合中检索出该进程的PCB，从中读出该进程状态。
- 若被终止进程正处于执行状态，应立即终止该进程的执行，并置调度标志为真。用于指示该进程 被终止后应重新进行调度。
- 若该进程还有子孙进程，还应将其所有子孙进程予以终止，以防他们成为不可控的进程。
- 将被终止的进程所拥有的全部资源，或者归还给其父进程，或者归还给系统。
- 将被终止进程（它的PCB）从所在队列（或链表）中移出，等待其它程序来搜集信息。
阻塞唤醒
- 引起进程阻塞和唤醒的时间
- 请求系统服务
- 启动某种操作
- 新数据尚未到达
- 无心工作可做
- 进程阻塞过程
正在执行的进程,当发现上述的事件后,由于无法继续执行,于是进程便通过调用阻塞原语block把自己阻塞,课件,进程的阻塞是进程自身的一种主动行为.进入block过程后,由于此时该进程还处于执行状态,所以应先立即停止执行,把进程控制块中的现行状态由执行改为阻塞,并将PCB插入阻塞队列.如果系统中设置了因为不同事件而阻塞的多个阻塞队列,则应将本进程插入到具有相同事件的阻塞(等待)队列.最后,转调度程序进行重新调度,及那个处理机分配给另一就绪进程,并进行切换,然后,保留被阻塞进程的处理机状态(在PCB中),再按照新进程的PCB中给的处理机状态设置CPU环境
- 进程唤醒过程
当被阻塞的进程所期待的事件出现时,如I/O完成或者其所期待的数据已经到达,则由有关进程(比如,用完并释放了该I/O设备的进程)调用唤醒原语wakeup(),将等待该事件的进程唤醒.唤醒原语执行的过程是:首先把被阻塞的进程从等待该事件的阻塞队列中移出,将其PCB中的现行状态由阻塞改为就绪,然后再将该PCB插入到就绪队列中.
PCB里面到底有些什么
上面提到过很多次PCB,这里再着重讲解一下为了使参与并发执行的每个程序，包含数据都能独立地运行，在操作系统中必须为之配置一个专门的，称为（PCB,Process Control Block）。，用户进程不能修改。
进程控制块PCB的作用：
为了便于系统描述和管理进程的运行，在OS的核心为专门定义了一个数据结构——进程控制块（Process Control Block）。PCB，记录了操作系统所需的，用于描述以及，是操作系统中最重要的。PCB的作用是，一个。
- PCB作为。当一个程序（含数据）配置了PCB后，就表示它已经是一个能在多道程序环境下独立运行的、合法的基本单位，也就具有取得OS服务的权力，如打开文件系统中的文件，请求获得系统中的I/O设备，以及与其它相关进程的进行通信等。因此，当系统创建一个新进程时，就为它建立了一个PCB。进程结束时又，进程于是也。系统是通过PCB感知进程的存在的。事实上，PCB。
- PCB能实现。在多道程序环境下，程序是采用间断性的运行方式运行的。当进程因阻塞而暂停运行时，它必须。在有了PCB后，系统就可以将CPU现场信息中，供该进程再次被调度执行时时使用。由此，可再次明确，在多道程序环境下，作为传统意义上的静态程序，因其并不具有保护或保存自己运行现场的手段，无法保证其运行结果的可再现性，从而失去运行的意义。
- PCB提供所需要的信息。当调度程序调度到某进程运行时，只能根据该进程PCB中记录的程序和数据在内存或外存中的始址指针，找到相应的程序和数据；在进程运行过程中，当需要访问文件系统中的文件或I/O设备时，也都需要借助于PCB中的信息。另外，还可根据PCB中的了解到该进程所需的等。可见，在进程的整个生命周期中，操作系统总是。
- PCB提供所需要的信息。只有的进程才能被调度执行，而在PCB中就。如果进程处于，系统便将它插入到中，等待着调度程序的调度；另外在进行调度时往往还需要了解进程的其他信息，如在优先级调度算法中，就需要知道进程的。在有些较为公平的调度算法中，还需要知道进程的和等。
- PCB实现与其他进程的。进程同步机制是用于实现诸进程的协调运行的，在采用信号量机制时，它要求在每个进程中都设置有相应的用于同步的信号量。在PCB中还具有用于实现的区域或等。
进程控制块PCB中的信息：在进程控制块中，主要包括以下几个方面的信息：
- ：进程标识符用于唯一的表示一个进程。一个进程通常有两种标识符：①。为了方便用户进程对进程的，须为每一个进程设置一个外部标识符。它是由提供的，通常由组成。为了描述进程的家族关系，还应设置。此外，还可设置用户标识，以指示拥有该进程的用户。②。为了方便的使用，在OS中又为进程设置了内部标识符，即赋予每一个进程一个，它通常是一个进程的。
- ：处理机状态信息也称为处理机的，主要是由处理机的各种寄存器中的内容组成的。这些寄存器包括：①，又称为用户寄存器，它们是用户程序可以访问的，用于信息，在大多数处理机中，有８～３２个通用寄存器，在RISC结构的计算机中可超过１００个；②，其中存放了要访问的；③PSW，其中含有，如等；④，指每个用户进程都有一个或若干个与之相关的系统栈，用于存放和系统调用参数及。栈指针指向该栈的。处理机处于执行状态时，正在处理的许多信息都是放在中。当进程被切换时，处理机状态信息都必须保存在相应的中，以便在该进程重新执行是能再。
- 进程：在OS进行调度时，必须了解进程的及有关，这些信息包括：①，指明进程的，它是作为进程调度和对换时的依据；②，是用于描述进程使用处理机的优先级别的一个整数，优先级高的进程应优先获得处理机；③进程调度所需的，它们与所采用的进程有关，比如，进程已、进程等等；④，是指进程由转变为所等待发生的事件，即