计算机是如何工作的
计算机是如何工作的
cpu：
核心数：一个CPU中的核心数 在任务管理器中可以查看 核心数越多证明可以同时处理进程数就越多 并发执行效率就越高 还有就是 每一个核心也分单线程和多线程 有些核心单线程 可以理解成 只能干一份活 多线程可以理解成 一个人可以顶几个人 所以很多 cpu 会出现 12核 20 线程 证明这里面 有一些核心是 多线程一些是单线程的
通过编程 中引入的一些特殊方式 ，来把多个 cpu 给利用起来（并发编程）
主频：（单个核心的运算能力）他表示的意思是 1s 之内 cpu 所能执行指令的个数
- 基准频率：cpu最低的频率 最低速度
- 睿频：根据当前任务的繁忙程度 来 动态调整的一个数值 不能一直往上有一个 指标
指令：
我们写的代码就是指令，会被编译成 机器语言 最终由cpu去执行
要执行的指令会 被 加载到 内存中
结论：
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CPU 要执行指令，实在内存中的 （冯诺依曼体系结构，基本设定：让执行单元和存储单元 解耦合）
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CPU 要想执行指令 ，就需要先 取指令 再解析指令 然后才是 执行指令
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取指令需要从 内存中读取指令到 cpu的寄存器中
也就是说 指令一开始是 存储在 内存之中的
取指令的操作是 很耗时间的 （读取内存操作相对于 cpu 执行计算 要开销大很多）
为什么呢？ 因为每次 读取指令之后 要重新放回 内存中去 下次要使用的时候 要再次进行读取
因此 cpu 中通过缓存，流水线等技术来优化这里的效率
也就是 把 重复用到的指令 放在 缓存中去 下次方便调用 （简单理解）
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cpu 解析指令的时候，需要用到 “指令表”，不同架构的 cpu 支持的 指令表是不一样的（X86和arm等都是不同的）指令表细节已经写死在 cpu 中 ，cup是很容易进行识别的
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指令在执行的过程中，可能会带有一些 操作数，不同的指令，操作数的个数含义都有所不同
操作系统（软件）
它的主要作用有两个分别是：（抽象、封装）
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管理各种硬件设备
外设，显卡，硬盘之类的
牌子种类繁多 不可能说一个一个去写代码 ，操作系统要做的就是 把 这些抽象封装起来 让他们去调用一些api 来实现 对 硬件的操作
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给软件提供稳定的运行环境
目前比较主流的系统有：
windows、Linux、Mac、Android、IOS
进程 / 任务
操作系统所提供的一些 软件资源
上面就是一些 目前正在使用的 进程
可以看到 我们的系统是 同时进行多个进程的 ”多任务操作系统“
在第一张图中 我们可以看到 计算机的每一个进程/任务 在执行过程中 都会消耗一些硬件资源
每一个进程在运行的时候都要给他 分配一定的资源
进程 是系统分配资源的基本单位
操作系统如何管理进程呢
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先描述 （使用类/结构体这种方式 把实体属性列出来）
表示进程信息的结构体又叫 PCB
就是说 操作系统将 进程的属性 都放到了 叫做 PCB 的结构体当中
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再组织（把 PCB 通过一些数据结构的方式 串联起来）
这里比如 Linux 就是通过类似于链表的数据结构 把若干个 结构体 串联起来了
- 当 我们看到任务管理器的进程的时候 ，说明系统内部在遍历这个数据结构 并且打印每个节点的相关信息
- 如果运行一个新的程序，就会在系统中多一个进程，构造多一个 PCB 这样的结构体 添加到链表上
- 如果一个运行中的程序退出了，就需要把 对应的 PCB 从链表中删除，并且释放 对应的资源
PCB 的一些 核心属性：
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pid 进程的身份标识（类似于 身份证）
也可以理解成
antu_increment自增系统会 保证 同一台机器 同一时间 每个进程的 pid 都是不一样的
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内存指针
描述进程使用内存的资源情况
整个系统 内存就这么多 （16G）
每个进程 在执行前都会 进行申请
必须使用申请的内存
内存指针 会描述 这个进程都能使用哪些内存
进程也需要 知道 哪里存的是 指令 哪里存的是 数据
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文件描述符表
进程需要访问 硬盘
进程想要操作文件 需要先 打开文件
让你的进程 在 问价描述符表中 分配一个表项 来 描述 文件的相关信息
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状态
描述 某个进程 是否能够去 cpu 上执行
就绪状态：随时准备好去 cpu 上执行
堵塞状态：这个进程 当前不方便去 cpu 上执行（比如 进程在等待 IO，来自控制台的输入输出/来自硬盘的输入输出......）
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优先级
多个进程等待系统的调度
先调度谁 后调度水
系统api 可以进行设置的
比如 电脑运行 APEX 和 QQ
此时的 APEX 优先级更高
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记账信息
针对每个进程，占据多少 cpu 空间进行一个统计
根据这个统计结果来 进一步的调整策略
确保每个进程都不至于出现完全捞不着CPU的情况
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上下文
支持进程调度的重要属性
相当于游戏中的 读档 和 存档
前提：每个进程在运行过程中 都有可能运行到一半 被cpu 调度走了
存档： 因此 就需要在 进程调度出去之前 把当前寄存器中的信息 单独存放在一个地方
读档：在该进程下次进入 cpu 上执行的时候 我们再把这些寄存器的信息 恢复
“保存上下文” ： 把 CPU 的关键寄存器中的数据 保存在内存中
“恢复上下文” ： 把 内存中 关进啊寄存器的数据 加载到 CPU 的对应寄存器中去
CPU 与 进程
一个 进程，会消耗 CPU 的资源
理解：
CPU 是一个舞台 进程要执行指令 那就是演员
演员 需要 登上舞台 才能进行表演（工作）
同一时刻 ，一个舞台上，只能有一个演员
同一时刻，一个CPU上，只能执行一个进程
我的电脑是 8个逻辑核心
但是系统的进程 远远不止 8个
如何进行协调 ：分时复用
分时复用：让 演员 轮流登台
cpu核心只有一个的情况下 ：先执行进程1 执行一会之后，让1下来 执行进程2
进程2 执行一段时候后 下来 让进程3 .......
只要切换速度够快 ，人是感知不到切换过程的
在人眼看来就是 同时进行
鼠标转圈 就是 进程没捞进去cpu上执行 卡住了
如果是 多个 cpu 就会变得比较复杂了
同时可以 有 四个不同的进程 在各自的cpu上进行执行
这些是 真的 同时进行的 这种又叫 “并行执行”
当代的计算机 都是 并行和并发 同时存在的
“并行” 和 “并发” 统称为”并发“
解决一个问题 同时搞多个任务 同时执行 共同协同 统称为 ：并发编程
内存管理
进程如何管理内存？
核心结论：
每个进程的内存都是 彼此相互独立的 互不干扰的
为了系统的稳定性
通常情况下，进程A 是不可以 直接访问进程B的内存的
进程间通信
虽然相互之间有独立性 但是有时候也需要，多个进程进行配合 完成某个工作
系统会 提供一些 公共的空间 让两个进程借助这种 公共的空间来交互数据
- 管道
- 共享内存
- 文件
- 网络
- 信息量
- 信号
其中 文件 和网络 是我们java程序员 最之遥的进程间通信方式
其中 网络 可以支持 同一个主机的不同进程，也能支持不同主机的不同进程
