今天终于正式进入了进程的范畴，前面的linux操作也是真的很多哦。
在学习进程之前，我们来了解一下冯诺依曼体系结构。我们都知道现代计算机的基础是冯诺依曼体系结构。但是，大多数人可能并不觉得它有多重要。
一、冯诺依曼体系结构
冯诺依曼体系结构是现代计算机的基础，它奠定了几乎所有通用计算机的设计框架。冯诺依曼包含四大部分，五大单元。
四大部分：输入设备，存储器，输出设备，中央处理器。
五大单元：输入，输出设备，存储器，运算器，控制器。
首先来看看什么是存储器？存储器指的就是内存，磁盘，ssd(闪存)是外存。
中央处理器也叫CPU，CPU包含运算器，控制器。
运算器：算术运算，逻辑运算。
控制器：执行代码，进行逻辑控制的。
输入设备：键盘，摄像头，磁盘，网卡...
输出设备：显示器，磁盘，网卡，打印机...
我们暂时对冯诺依曼体系结构有了一个初步的认识。为了更好的理解冯诺依曼体系结构，提一个问题，我们都知道可执行程序必须得先加载到内存，这是为什么呢？
先给结论：从运行效率上来说，输入输出设备(外设) << 内存 << CPU的。
有一张可以很清楚描述的图，我们来看一看。
我们应该知道，离CPU越近，它的效率越快，但是它的造价也会越高。比如说，你拿500块钱去买内存可能还买不到好的内存，但是买磁盘能买1TB的，越靠近CPU造价越高，空间越小。在数据流动的时候，它的规则是不允许CPU直接访问外设，因为CPU外设太慢了，而是先把输入设备里的数据放在内存里，CPU从内存里拿数据，处理完在写回内存，内存再把数据写到输出设备里。
结论1：CPU在数据层面，不和外设打交道，只会和内存打交道。
外设不和CPU直接打交道，只和内存直接打交道。
一个问题：为什么CPU不和外设打交道，为什么外设不和CPU打交道，它们都要和内存打交道呢？
直接把输入设备的数据给CPU，CPU把数据给输出设备，不就可以了吗？但我们不想这样做。不知道大家有没有听过木桶原理。
木桶原理：就是说，这个桶能装多少水，取决于这个桶最低的那根竹板。
也就是说，如果我们直接让输入输出设备和CPU打交道，那么计算机的效率就由输入输出设备来决定了。这是万万不行的。这时候就有人说了，那冯诺依曼体系结构里不是也有输入输出设备吗，计算机的效率也是由输入输出设备决定的吧。那你想一想，为什么可执行程序必须得先加载到内存里呢？可执行程序得先加载到内存里本质上叫做预先加载，在加载过程中CPU不就可以做其它事情了吗，等到运行可执行程序的时候，CPU不就可以直接访问内存里的数据了。
结论2：内存的本质是外设和CPU之间的缓存，计算机的效率是以内存的速度为主。
所以，可执行程序必须得先加载到内存里，是由冯诺依曼体系结构决定的。
在这个过程当中，我们把输入设备里的数据搬到内存当中叫做input，内存里的数据刷新到输出设备上叫做output，简称IO，所以IO的本质是外设和内存进行数据交换。
我们在写代码时，都用过scanf和printf函数吧。这两个函数是在干什么呢？scanf函数是从键盘上读取数据到内存里，那么这时候就有人要问了，scanf函数是怎么把键盘上输入的数据读到内存里的呢？不要忘记了，我们的程序是先加载到内存里的。printf函数是将数据进行格式化输出到输出设备上。因此scanf和printf函数也叫做IO函数。
在计算机中，数据流动就是从一个设备流动到另一个设备，它的本质就是拷贝。那么计算机的整体效率其实就是设备间拷贝的效率。
提几个问题：
1、打开文件(fopen)是在干什么呢？
本质上是将外设里的数据加载到内存里，然后交给CPU处理，等到要将数据写到文件里时，再将数据写到内存里，刷新给输出设备。
2、我在云南，朋友在北京，通过QQ发送在吗，解释一下，整个数据流的流动。
我从键盘上(输入设备)输入数据，加载到内存里(因为启动了QQ，程序加载到了内存里)，再交给CPU进行加密，将处理后的结果写回到内存里，再刷新给显示器(输出设备)，此时你自己就看到了自己发送的消息，网卡(输出设备)通过网络，将数据发送给对方的网卡(输入设备)，数据流动到内存里(对方也启动了QQ)，再经过CPU进行解密，写回到内存里，刷新给显示器，此时对方就看到了你发送的信息。
发送消息的本质：是基于冯诺依曼体系结构，从我的键盘文件拷贝数据到对方的显示器文件。
二、操作系统
1. 理解操作系统
对操作系统的初步认知这里就不做介绍了，不了解的可以看这篇文章：指尖上的魔法：优雅高效的Linux命令手册。
提个问题：
我们使用计算机，大部分情况是在使用计算机的什么呢？
今天我们写了一个C语言的程序，调用了printf，scanf函数，printf函数将数据格式化输出到显示器上，显示器是硬件资源吧，scanf函数从键盘获取数据到内存里，键盘是硬件资源吧。所以我们是通过软件来访问计算机的硬件资源。
计算机的硬件资源是有限的，而用户的需求是无限的，这就要求必须要把硬件资源管理好，才能以有限的资源来应对无限的需求。
操作系统是一款进行软硬件资源管理的软件。既然要管理，那么什么是管理者呢？
举个例子：在学校里，人们的身份大致可以分为校长，辅导员，学生。校长属于管理者，学生就属于被管理者，那辅导员呢？辅导员属于决策的执行者。
在生活中，人们所做的事情大致可以分为两类，做决策，做执行。做决策的人才是管理者，做执行的人不是管理者。学生在学校几点上课，几点吃饭，几点睡觉，人家都把你安排的明明白白的。校长根本不用见学生的面，就可以管理学生。
结论1：管理者要管理被管理者，见面不是必要条件。
他都不用见你的面，就把你安排的明明白白的。那么，是怎么做到的呢？
比如说，毕业后你进入了一家互联网公司，在最终评绩效的时候，你的组长给你打了一个C，你很不服啊，就去找组长理论，说凭什么给我打C，你的组长说，人家一年写了2万行代码，有50个bug，你一年写了200行代码，有500个bug，bug比你的代码行数都多，你还好意思说。发奖金的时候，老板看到你的绩效打了一个C，就知道你平时肯定没有好好干活，一天就知道摸鱼。
结论2：见面不是本质，获取你身上的有效信息，是管理的必备要素。
管理：本质是对被管理对象，相关有效数据的管理。
管理者都不用见被管理者的面，他是怎么获取被管理者的信息呢？是通过辅导员拿到被管理者的信息的。
结论3：辅导员协助校长，获取被管理者的有效信息。
现在，学校要评选奖学金，他就要根据学生的数据进行判断，应该给谁发放奖学金呢？如果只有一个班的学生，那校长就可以拿着一张Excel表格看哪位学生的成绩优秀，选择给哪位学生发放奖学金。但是如果学生人数有50000人呢，难道校长要拿着每一个班的Excel表格去看吗，那不得把校长累死呀。
还没成为校长之前，他是一名C程序员(大部分操作系统都是由C语言写的)，现在他要对学生的数据进行管理，所以现在这位校长就要动脑筋了，每个学生都要有基本的信息，包括成绩，班级，姓名，电话号码…，这些都是学生数据的属性，虽然每位学生属性的内容不一样，但是每位学生都要有对应的属性。所以对每位学生属性数据进行管理，不就是给每位学生创建一个结构体变量，对学生数据的管理就转化为了对50000个结构体变量的管理吗。
校长要想找到每个班里学习成绩最好的，那不就是需要对50000个结构体变量进行访问吗，那这效率也太低了吧，所以，校长又动脑筋了，他给结构体里添加了一个结构体指针(struct stu* next)，以前要手写50000行代码，现在只需要用指针将他们的数据进行关联不就可以了。每一个节点对应一名学生的基本信息。从此以后，校长管理所有的人就直接转化成为了对链表的管理。
上面的故事可以高度抽象为先描述(将所有的学生数据变成一个个结构体变量)，在组织(用结构体指针将一个个结构体变量进行关联)。
管理的本质是对数据进行管理。
管理的做法：先描述，在组织。
校长就相当于操作系统，学生就是硬件，辅导员就是驱动程序。
操作系统要管理硬件，也必须遵守先描述在组织。而且操作系统内可不仅仅只有硬件管理，还有进程管理，文件管理，内存管理...也就是说，操作系统内一定有大量的数据结构。
2. 系统调用
举个例子：银行系统有自己的金库，桌椅板凳，电脑…这些东西都不会随意被群众进行访问或者损坏，因为群众当中有坏人，会影响银行系统的安全。但是，它又要给群众提供服务，所以，银行必须给群众提供窗口，让工作人员按照群众的要求进行操作。这就保证了银行安全的同时又能够对外提供服务。
同样的道理，操作系统中有进程管理数据，文件管理数据，内存管理数据…，如果随意的让外部程序访问，万一出现问题了怎么办，比如野指针，修改数据。我们不允许外部程序直接访问操作系统，所以操作系统为了给上层用户提供一种安全的访问方式，就有了系统调用。
系统调用其实就是一个个函数。
系统调用也属于操作系统，既然是函数，可能就有参数和返回值。
结论：系统调用是为了让用户安全的访问操作系统。
也就是说和操作系统交互，只能使用系统调用。这时候又要衍生出问题了。如果我写了一个C程序，使用printf函数向显示器上打印了一个hello world，本质上不就是向硬件上写数据了吗，而操作系统作为软硬件资源的管理者，是不是说我们将来要向显示器上写数据，必须通过系统调用来访问操作系统然后才能进入显示器，向显示器进行写入吗？是的，没错。这时候有人就要说了，我以前写程序的时候，没用过系统调用，用的都是C语言的printf、C++的cout？先把这个问题放下。
举个例子：你是A学校的学生，属于学霸级别，B学校的校长想让你替他们的学校去参加数学竞赛，他可以直接来征求你的同意吗，这肯定是不行的。他必须要去征求A校长的同意，然后才能带你离开。
B校长要的是你，他却要去征求A校长的同意。对于操作系统而言，你写了一个程序要访问硬件，不能直接让程序访问，这是做不到的，必须要通过操作系统才能访问硬件。
换句话说，你写的printf、cout其实并没有直接访问底层硬件，它是通过操作系统访问的。那么它是怎么做到的呢？
故事：在银行存钱，取钱的时候，有时候还是挺麻烦的，你可能要去取号，排队，万一这个人是个老大爷，他不仅耳背，还不识字，这会大大的增加老大爷的使用成本，这时候大堂经理过来了，他帮老大爷填写单子，存钱等工作，大堂经理就给老大爷把问题解决了。
大堂经理其实就像是一层软件层，这个软件层就是各种语言的库。总的来说，使用系统调用是有成本的，这就要求程序员要对各种系统调用的原理有一定的了解。可是我作为一个上层的应用程序员，不一定对操作系统有足够的了解，这会大大的增加程序员的成本。没关系，他可以使用库里面的方法。所以，库当中的方法就是对系统调用进行了封装。
库和系统调用就是上下层的关系。
注：不是库中的每一个方法，底层都封装了系统调用。如果访问了硬件资源，那它底层大概率封装了系统调用。
计算机的使用者，除了开发者，还有纯正的小白。他们可什么都不懂，所以就有开发者基于软件层进行二次开发应用，像图形化界面，shell…。
三、进程
1. 进程概念
对于进程的概念有一个说法：运行起来的程序就叫做进程(当然这是不完整的)。
启动应用，就要求我们的可执行程序必须预先加载到内存里，但是我们也可以启动多个应用啊，也就是说，系统当中，会存在大量的进程。那么这些进程要不要被操作系统管理起来呢？答案是要的。怎么做？先描述，再组织。所以在操作系统层面，叫做struct PCB(Process Control Block进程控制块)。既然已经描述了，那么怎么组织呢？
系统里可能会有大量的进程，那么每个进程都会有一个struct PCB，通过链表的方式进行关联。也就是说，对进程的管理转变为对链表的增删查改。
所以，什么是进程呢？
进程 = PCB(内核数据结构) + 代码和数据。
在linux上进程叫做struct task_struct。
可能有小伙伴听说过进程排队，进程排队是在干什么呢？
进程排队本质其实是让你的pcb节点，进行排队。
再本质：就是从一个数据结构，把节点拿走，放入新的队列数据结构中。
所有运行在系统里的进程都以task_struct 双链表的形式存在内核里。
要想学好进程，就必然少不了学习进程的相关属性。接下来就来看看进程属性吧。
2. 进程属性
. 标示符：描述本进程的唯一标示符，用来区别于其它进程。
例子：每个班的学生，在考试的时候，都会按照编号来排座位，根据编号来区分每个同学。
. 状态：任务状态，退出代码，退出信号等。
. 优先级：相对于其它进程的优先级。
. 程序计数器（PC）：程序中即将被执行的下一条指令的地址。
例子：程序在编译，链接形成可执行程序，当加载可执行程序时，会把它放入内存里并分配地址，在执行可执行程序时，会从第一条地址处开始执行。程序计数器是CPU里的一个寄存器，而执行可执行程序时，地址是在内存里的，PC里会存放被执行指令的内存地址，IR寄存器从PC寄存器里取数据，此时PC指针会自动存放下一条指令的内存地址。
. 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：进程执行时处理器中的寄存器中的数据。
例子：比如说征兵的时候，大二的你要去当兵，你被选上之后不能给辅导员连招呼都不打，直接就走，那等你回来的时候恐怕都被退学了。所以你应该给你的辅导员说一声，这时候他会对你的档案进行保留，等你当完兵回来了，再从大二继续开始上学。对你的档案进行保留的过程就叫做上下文数据，不能让你从大一开始重新上学。
而进程也是会被进行切换，调度的。在CPU里有许多寄存器，但我们称之为一套寄存器。这些寄存器保存的就是进程的临时数据。当前进程被切换调度的时候，就要对该进程的上下文数据进行保留，再度被切换回来时，就要对该进程上下文数据的恢复。
. I/O状态信息：包括显示的I/O请求，分配给进程的I/O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。
现在，我们已经对进程属性有了一个大致的了解。接下来的日子里，我们就要学习进程的相关属性了。
先来补充一点知识。
查看进程可以通过 /proc 系统文件夹查看。
接下来认识一下第一个系统调用。
pid_t getpid(); //获取当前进程的标示符
我们写一个程序来验证一下。
终止程序后，是查不到该进程的。
. 进程会记录自己对应的磁盘二进制可执行文件。
. 进程启动的时候，默认工作路径就是自己可执行程序所处的路径。
为什么要说这个呢？还记得C语言的文件操作吗？我们在fopen的时候，有时候并不需要带上路径。这是为什么呢？就是因为进程会自己记录所处的工作路径，这就是原因。
证明：
那如果我们改变一下工作路径呢？结果又会怎样。
int chdir(const char* path); //更改工作目录，成功了返回0，失败了，返回-1
可以看到，新建的文件就在改变的目录下。
使用 ls /proc查看进程的效率太低，所以介绍一个新的命令。
ps axj | head -1 && ps axj | grep "myproc"
grep命令本身也是一个可执行程序文件，加载到内存时也会成为进程，同理ps命令也会成为进程。我们要查看的进程是myproc，为什么grep进程也被过滤出来了呢？因为grep进程也包含了关键词myproc，所以被过滤出来了。
这样做就只把myproc进程过滤出来了。
pid是当前进程的标示符，那么ppid是什么呢？答案：ppid是当前进程的父进程的标示符。
pid_t getppid(); //获取当前进程的父进程的标示符
pid在不断发生变化，是因为每次启动进程时，系统都会为该进程重新分配标示符，那父进程ppid怎么一直不变呢？他是谁啊？
我们在命令行中，启动命令/程序的时候，都会变成进程。该进程的父进程(ppid)是bash，bash是谁呢？不知道还有没有人记得shell，bash就是linux中的外壳程序。
在linux系统中，增多进程是通过父进程创建子进程的方式，让linux系统中的进程变多的。
也就是说，我们的代码都是由父进程创建子进程来执行的。那么父进程是如何创建子进程的呢？
pid_t fork(); //创建子进程
写一个简单的程序来创建一个子进程。
看到这里，相信大家有很多的疑问。怎么会打印两次呢？
先来看看fork函数的返回值吧。
成功的话，给父进程返回子进程的pid，给子进程返回0；失败的话，给父进程返回-1并且设置错误码。
此时此刻，相信大家的疑问更多了吧。
1、为什么给父进程返回子进程的pid，给子进程返回0呢？
2、一个函数怎么可能有两个返回值呢？
3、返回值怎么可能既大于0又等于0呢？
先来解决第一个问题。为什么返回值是这样的呢？
在创建子进程的时候，我们只能创建一个吗？当然不是了。也就是说，父进程与子进程的比例是1:n了。那也就意味着子进程的父进程是唯一的，子进程想找父进程是很容易的，但子进程是有多个的，父进程想找子进程是不容易的，因此父进程需要拿到子进程的pid。在后面的文章中会对这个问题进一步解释。
解释第二个问题之前，先解释上面的程序为什么会打印两次呢？
进程 = struct task_struct(内核数据结构) + 自己的代码和数据。
那么，父进程创建子进程，子进程也需要有自己的struct task_struct和子进程自己的代码和数据。但是父进程的代码和数据是从磁盘文件里加载到内存里的，那么子进程自己的代码和数据又从何而来呢？
在linux系统中，创建一个新的子进程，子进程的struct task_struct也要被初始化，以父进程为模板进行初始化。
子进程的代码和数据默认共享父进程的代码和数据。个别数据会做出修改(进程在数据层面要保证独立性)。
也就是说，父进程和子进程执行的是同一份代码，那也就解释的清楚为什么会打印两次了。因为父进程和子进程都会执行一次代码，所以会打印两次。
现在再来看看第二个问题。为什么一个函数会有两个返回值呢？
答案其实已经出来了。父进程和子进程都会执行一次fork函数，所以会有两个返回值。
既然父进程和子进程看到的是同一份代码，那我们就可以写一个打破大家认知的程序了。
一份代码既执行了else if又执行了else，这足够奇怪了吧。相信大家也能够解释这个原因。这是因为父进程和子进程两个执行流分别执行了不同的语句。
至于第三个问题，以目前的知识无法解答。在后续的文章里会做出解释。
今天的知识分享暂时先到这里吧，觉得不错的点点赞。
