【2020Python修炼记】python并发编程（一）背景知识

【目录】

一、引子——什么是进程

二、为什么要有操作系统

三、什么是操作系统

四、操作系统与普通软件的区别

五、操作系统发展史

　　—多道技术

 

一、引子——什么是进程

# 顾名思义，进程即正在执行的一个过程。进程是对正在运行程序的一个抽象。

# 进程的概念起源于操作系统，是操作系统最核心的概念，也是操作系统提供的最古老也是最重要的抽象概念之一。

操作系统的其他所有内容都是围绕进程的概念展开的。

# 所以想要真正了解进程，必须事先了解操作系统。

 

二、为什么要有操作系统 

现代计算机系统是一个复杂的系统，

程序员无法把所有的硬件操作细节都了解到，管理这些硬件并且加以优化使用是非常繁琐的工作，

这个繁琐的工作就是操作系统来干的，这样 程序员就从这些繁琐的工作中解脱了出来，

只需要考虑自己的应用软件的编写就可以了，应用软件直接使用操作系统提供的功能来间接使用硬件。

三、什么是操作系统 

1、操作系统的概念

操作系统，就是一个协调、管理和控制计算机硬件资源和软件资源的控制程序。

操作系统位于计算机硬件与应用软件之间，本质也是一个软件（系统软件）。

操作系统由操作系统的内核（运行于内核态，管理硬件资源）以及系统调用（运行于用户态，为应用程序员写的应用程序提供系统调用接口）两部分组成，所以，单纯的说操作系统是运行于内核态的，是不准确的。

2、操作系统的作用

1：隐藏丑陋复杂的硬件接口，提供良好的抽象接口

（为应用程序员提供调用硬件资源的更好，更简单，更清晰的模型（系统调用接口））。

2：管理、调度进程，并且将多个进程对硬件的竞争变得有序

 

四、操作系统与普通软件的区别 

1.主要区别：操作系统由硬件保护，不能被用户修改。

2.操作系统与用户程序的差异并不在于二者所处的地位。特别地，操作系统是一个大型、复杂、长寿的软件，

大型：linux或windows的源代码有五百万行数量级。按照每页50行共1000行的书来算，五百万行要有100卷，要用一整个书架子来摆置，这还仅仅是内核部分。用户程序，如gui，库以及基本应用软件（如windows explorer等），很容易就能达到这个数量的10倍或者20倍之多。

长寿：操作系统很难编写，如此大的代码量，一旦完成，操作系统所有者便不会轻易扔掉，再写一个。而是在原有的基础上进行改进。（基本上可以把windows95/98/me看出一个操作系统，而windows nt/2000/xp/vista则是两位一个操作系统，对于用户来说它们十分相似。还有unix以及它的变体和克隆版本也演化了多年，如system v版，solaris以及freebsd等都是unix的原始版，不过尽管linux非常依照unix模式而仿制，并且与unix高度兼容，但是linux具有全新的代码基础）

 

五、操作系统发展史

 

1、第一代计算机（1940~1955）：真空管和穿孔卡片

（1）特点： 没有操作系统的概念 所有的程序设计都是直接操控硬件

（2）优点：程序员在申请的时间段内独享整个资源，可以即时地调试自己的程序（有bug可以立刻处理）

（3）缺点：浪费计算机资源，一个时间段内只有一个人用。

注意：同一时刻只有一个程序在内存中，被cpu调用执行，比方说10个程序的执行，是串行的。

 

2、第二代计算机*（1955~1965）*：晶体管和批处理系统

（1）特点：设计人员、生产人员、操作人员、程序人员和维护人员直接有了明确的分工，计算机被锁在专用空调房间中，由专业操作人员运行，这便是‘大型机’。

（2）优点：批处理，节省了机时

（3）缺点： 

1.整个流程需要人参与控制，将磁带搬来搬去（中间俩小人）

2.计算的过程仍然是顺序计算-》串行

3.程序员原来独享一段时间的计算机，现在必须被统一规划到一批作业中，等待结果和重新调试的过程都需要等同批次的其他程序都运作完才可以（这极大的影响了程序的开发效率，无法及时调试程序）

 

3、第三代计算机*（1965~1980）*：集成电路芯片和多道程序设计

（1）特点： 第三代计算机的操作系统广泛应用了第二代计算机的操作系统没有的关键技术：多道技术

                    如何解决第二代计算机问题的手段之一 ——分时操作系统： 多个联机终端+多道技术

（2）多道技术

# 多道技术中的多道指的是多个程序，

多道技术的实现是为了解决多个程序竞争或者说共享同一个资源（比如cpu）的有序调度问题，

解决方式即多路复用，多路复用分为空间上的复用和时间上的复用。

#空间上的复用

将内存分为几部分，每个部分放入一个程序，这样，同一时间内存中就有了多道程序。（程序之间的内存必须分割，这种分割需要在硬件层面实现，由操作系统控制。）

#时间上的复用

当一个程序在等待i/o（input / output）时，另一个程序可以使用cpu，

如果内存中可以同时存放足够多的作业，则cpu的利用率可以接近100%，

类似于我们小学数学所学的统筹方法(统筹方法，是指通过各手段改变原本的固有办事格式，优化办事效率的一种办事方法)。

 

（操作系统采用了多道技术后，可以控制进程的切换，或者说进程之间去争抢cpu的执行权限。

这种切换不仅会在一个进程遇到io时进行，一个进程占用cpu时间过长也会切换，或者说被操作系统夺走cpu的执行权限）

 

4、第四代计算机**（1980~至今）：个人计算机**

即使可以利用的cpu只有一个（早期的计算机确实如此），也能保证支持（伪）并发的能力。

将一个单独的cpu变成多个虚拟的cpu（多道技术：时间多路复用和空间多路复用+硬件上支持隔离），没有进程的抽象，现代计算机将不复存在。

 

 

参考阅读：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/110824253

https://www.cnblogs.com/linhaifeng/p/6295875.html

https://www.cnblogs.com/Dominic-Ji/articles/10929381.html