4.0 Linux进程前导知识

个人主页：Lei宝啊 

愿所有美好如期而遇

---

冯.诺依曼体系  

CPU：运算器，控制器

输入设备：键盘，麦克风，摄像头，鼠标，网卡，磁盘等。

输出设备：显示器，声卡，显卡，打印机，磁盘，网卡。

存储器：内存

这些设备并不是随便连接起来的，是由总线连接，现在总线集成在主板上，这些硬件只需要插入主板的插槽就可以实现连接，设备的连接不是单纯为了连接，是为了数据的流动，能够让数据从输入设备流入内存，从内存流出到输出设备，就好像数据从磁盘加载到内存，再从内存刷到显示器上一样，如果硬件不连接，数据无法从一个硬件到另一个硬件，设备连接不是目的，而是为了让数据流动的手段。设备之间数据流动的本质是数据在硬件之间进行来回拷贝，拷贝的整体速度，是决定计算机效率的重要指标。

而冯.诺依曼体系能够在如今还是主流，是因为他的稳定性和效率都不错，而且价格便宜。

---

---

那么第二个问题来了，我们为什么需要内存，直接外设和CPU交互不好吗？

就像这样：

我们加了内存之后看起来更耗费时间了，但内存的存在一定是有他存在的意义

寄存器和缓存是集成在CPU上的

越靠近CPU的硬件越贵，效率越高，容量越小。

越远离CPU的硬件越便宜，效率越低，容量越大，如磁盘。

而CPU和磁盘的效率差距非常大，CPU太快，磁盘太慢，直接交互的话，那么对CPU来说会造成效率上的极大浪费。（磁盘将数据加载到CPU会很慢，而CPU计算很快，也就是CPU算出来了，而且已经给了输出设备，但是输入设备和输出设备反应不过来，数据还没再次给到CPU，并且CPU算出的数据输出设备还未刷新出去）

那加上内存就不浪费了吗？硬盘直接和CPU交互，还省了和你内存交互的时间，你凭什么说加上内存就效率高了?

这是因为我们在内存中加了预加载和缓存，把硬件上的问题转换为软件上的问题，只要有个好的操作系统，那么就可以由操作系统判断，预先把数据加载到内存上，CPU需要时直接和内存交互，然后计算出来的结果不给输出设备，而是返回给内存，在内存不忙时刷新到输出设备，最后，也就变成了CPU和内存交互。

这样，计算机的整体效率就提高到了以内存效率为主。

当然，如果你非常非常有钱，可以把所有硬件全部换成寄存器，这样的设备当然极快。

---

---

那么，我们明白了，数据传输时先从输入设备加载到内存上，再由内存和CPU交互，CPU算出来后给内存，再由内存刷新到输出设备。

我们也就又有了个问题：

为什么说程序要运行时要先加载到内存上呢？

首先，程序是不是可执行的二进制文件，是文件就存储在磁盘上，要运行就要先加载到内存上，这是冯.诺依曼体系所决定的，然后二进制文件由CPU计算后再给到内存，结果由内存刷新。

就好像我们的QQ，是不是个程序呢? 他要运行一定是在内存中，由CPU执行，我们在给别人发消息时，由键盘输入内容，加载到内存中，经过CPU计算到内存，由内存刷新到网卡中，通过网络传输到别人的网卡上，这个内容加载到内存中，通过CPU解码，再由内存刷新到显示器上。、

---

---

而硬件都是由操作系统进行管理，操作系统是个进行硬件管理的软件，其实本质也是可执行程序

它包括了内容管理，文件管理，进程管理，驱动管理等

每一个硬件都有他们各自的驱动程序，驱动程序可以驱动硬件，也可以使其待机，但是驱动只负责执行，是否驱动硬件的指令，由操作系统下达，也就是说操作系统通过驱动来控制硬件。 

而操作系统对硬件的管理是有一套逻辑的:

首先他要对硬件的属性进行描述，定义一个struct结构体，去存放硬件的属性，操作系统要管理硬件，是定义硬件数量的对象，然后通过链表将他们连接起来，在操作系统想要管理某个硬件时，可以通过遍历这个链表找到对应的硬件，然后他通过驱动程序去驱动。当我们不需要这个硬件卸载其驱动或者需要其他硬件而下载驱动时，通过对这个硬件的链表的增删查改来管理这些硬件。

总结就是：先描述，再组织

描述硬件的属性，然后通过定义硬件对象，将他们用链表连接起来，也就是组织起来，这样就能进行管理。

就像是我们写的通讯录，我们首先是对人的属性进行描述，定义人的对象，可以定义很多对象，而后通过链表将这些联系人连接起来，在我们需要查找或者删除某人时，他通过对链表的增删查改来管理这个通讯录。

任何面向对象的语言，都离不开这六个字，一定是先描述对象的属性，如类，然后通过类去实例化对象，而且不止一个对象，然后我们通过容器，也就是某种数据结构来组织连接这些对象，对他们进行增删查改，实现对他们的管理，C语言也是如此。

这些就是将现实的实际问题，进行计算机级别的建模过程，转化成计算机能够认识的问题，就像我们的操作系统去管理硬件。