Linux 了解硬件体系结构和操作系统内核的管理
目录
冯诺依曼体系结构
操作系统
系统调用接口
进程
启动进程的两种方式：手动启动和代码启动
冯诺依曼体系结构
冯诺依曼结果就是计算机硬件体系结构，硬件主要由五大单元组成：
我们主要讲这五大单元中的存储：
其中存储器就是我们的内存，硬件角度就是内存条。
磁盘也就是硬盘也是一个存储设备，但是硬盘是输出设备，磁盘上放着我们的文件。
而我们的CPU不能直接访问外部设备，只能通过内存存储外部设备数据，然后 CPU再读取内存。
冯诺依曼体系的存在必要性：
冯诺依曼体系结构有一套自己的速度层级：越靠近CPU的硬件运算速度越快。
然后CPU会优先访问离自己最近的，这样速度就会最快。
那么既然离CPU越远越慢，为什么不全换成寄存器呢，这样不就更快了吗，但同时造价也会更高。而全部换成硬盘造价会更便宜，但速度就很慢了，所以还是按照这样的层级结构，既能保证效率够用，又能保证价格合适。
我们可以看见内存的速度是大于硬盘的，所以CPU会去读取内存而不会去读取硬盘， CPU如果直接访问外部设备会降低整机的效率。
也就是CPU运算有多快取决于它直接访问谁，如果访问硬盘就会慢，访问内存就会快，访问寄存器就更快了。
这也就是为什么我们每次写代码都要把代码加载进内存的原因。
那么我们假设通过键盘或者鼠标这类输入设备输入数据就是从输入单元中把数据加载进内存再给CPU.其中怎么知道把输入单元中的哪一块拿给内存呢，这个是由操作系统来做的。
假如说：小明在QQ打了个“你好”，发送给小王，小王的QQ上显示了“你好”，这个流程是怎么样的呢？
首先是小明要在键盘敲内容，也就是把输入单元加载进内存。
我们平时再看QQ信息的时候不止看到信息内容本身还会看见发送的时间，昵称，头像等内容，所以小明在发送内容时就还要把发送时间，昵称，头像这类东西也封装一下，这种类似字符串拷贝的东西就是由 CPU来做的。CPU搞完之后再把数据还给内存，此刻内存再把数据加载到输出设备，这里就是网卡。
小王这边接受，首先通过输入设备：网卡 来接收，接受之后加载进内存里通过CPU解封再到输出设备屏幕上显示
操作系统
操作系统是一款进行软硬件管理的软件。
操作系统为了给用户提供一个稳定，安全，高效的环境。
稳定：第一台计算机埃尼阿克全靠人来操作，人肯定没有系统稳定。
安全高效同理。
看图：
前面说了操作系统是一款软硬件管理的软件，那么它就可以管理我们的外部设备，但是操作系统不能直接访问外部设备，而是要通过驱动访问的，这是为什么呢？
故事时刻：
在一个学校里，谁是学生的真正管理者呢？
是辅导员吗？辅导员管理着学生的出勤，请假情况，补课，量化积分等，但是真正的管理者却是校长。
辅导员是校长这个决策者的执行者。
在生活中，任何一件事都是由决策和执行两部分的，列如我现在在想中午吃什么，最后决定了中午吃面，然后到了饭点就去吃面了。
而真正的管理者是只下决策而执行为辅，或者只决策的。
学生一学期都不一定能见校长一次，却能被校长的一个决策而被进行管理，这都要通过辅导员这个执行者。
假如最近各大校运会比赛开始了，校长想找个子高的学生参加校园会，那么他就会让辅导员去收集学生的信息，然后他再从这些信息中找到自己想要找的那个人，所以管理实际不是对人进行管理，而是对人的信息进行管理，也就是对数据进行管理。
那么假设学校有两万个人，校长此时手里有两万条信息，为了方便就做了个EXCEL表格，把每个人的信息录入，然后遍历。
这个时候管理数据就变成了管理结构化的数据。
这个时候需求变了，因为需要不停的对表格进行遍历，增删查改两万多条信息，却是有点累。
于是校长就写了Struct，把一个人的信息
然后校长就这样写了两万个struct：
这个时候校长为了实现遍历和增删查改的效果于是就把这两万个struct通过链表的方式给串了起来，这样赵六想退学，就直接遍历链表找到赵六的struct，然后把它free掉就可以。假设有新生来了，只需要把最后一个节点的next链接我们新生的节点就可以了。
总结：
校长对学生的管理实际上就是对学生信息的管理，对学生的管理实际上就是一个建模的过程，这个过程就是先描述，再组织。
先描述就是先描述学生的信息，姓名，年龄，性别什么的，再组织，就是把这些信息按照一定的结构组织起来，比如结构体，比如链表。
因此先描述，再组织可以用到我们生活中任何一种管理上。我们在用c语言写通讯录，写五子棋时都会先写一个struct，在写c++时都会写一个class，这些都是先描述，然后我们在学数据结构时把struct按照链表，双链表，二叉树等结果排列起来，这就是再组织。而c++还有许多容器，列如STL容器:list，vector,queue,map，这些容器可以进行再组织的功能，所以c++可以单独完成先描述，再组织。
先描述再组织符合人认识世界的规律，语言的发展也是如此，C++,java等都是面向对象的，这是受人认识世界的方式的影响。
我们的操作系统就相当于校长，是管理者。底层硬件就是学生（被管理者）。校长不会直接接触学生，操作系统也不会直接接触底层硬件。那么操作系统既然是一款软硬件管理的软件，它就要管理底层硬件。那么前面说了管理不是管理被管理者而是管理被管理者的信息，操作系统需要管理底层硬件的信息，这些信息由驱动程序来收集。而操作系统来管理信息就要：先描述再组织。它需要先描述底层硬件的信息，（这些信息又驱动收集，然后给操作系统）举硬盘为例，硬盘的容量，转速等信息，然后再组织，把这些信息用struct组织起来：
最后各个设备都进行描述，然后组织起来，最后再把所有的struct通过数据结构的方式排列。
前面说了操作系统是为了给用户提供安全，高效，稳定的环境的。所谓的用户就是开发者和其他用户，拿开发者举例（开发者如果都用不了操作系统其他人就更不用说了。）
首先下概论：用户是不能直接访问操作系统的。
这就好比银行为了银行的安全并不会直接让客户进入银河内部，而是办理了窗口，客户和银行内部人员通过窗口进行业务交流。
同理操作系统不信任用户，用户不能直接访问操作系统，而用户想要访问操作系统内部的底层硬件啊，就要通过访问系统调用接口去访问底层硬件，系统调用接口是操作系统写的。
总结：操作系统管理着底层硬件，它通过各种struct模块来管理，把所有的模块通过某种数据结构的方式排列，而用户想要访问这些底层硬件就只能通过操作系统来访问，操作系统不信任用户，想访问操作系统只能通过系统调用接口。
系统调用接口
举例：
比如我们用printf打印内容直接就会打印在屏幕上，屏幕是硬件，只有操作系统才能访问硬件，而用户想要访问操作系统就一定要通过系统调用接口，所以printf一定封装了系统调用。
使用系统调用接口需要对系统调用接口有一定了解，认识。
这就好比我们去了银行，不知道怎么办业务，这个时候就需要大堂经理来帮助我们。
同样的，站在操作系统使用者的角度，使用者并不会使用系统调用接口，因此也需要一个大堂经理来帮助我们，这个大堂经理就叫做外壳程序（linux里叫shell，windows下叫GUI）。
列如我们在windows下单击发送信息按钮就把信息打印在屏幕上了。这个实际上就是用户通过GPU这个外壳调用系统接口访问操作系统，再通过操作系统访问屏幕。
而站在系统开发者角度，开发者里面也有小白，小白也不会使用系统调用接口，那么就有人把系统调用接口写成了函数然后全部封装在一起。开发者想调用系统接口只需要调用对应库里的函数就可以了。
列如我们想打印内容在屏幕上就就可以调用c标准库里的printf函数。
到目前为止，我们的操作系统外面包了一层系统调用接口，又包了一层外壳程序，这全部包起来就是我们广义上讲的操作系统
狭义上的操作系统就是单指操作系统内核，不包含系统调用接口和外壳程序
我们所谓的Linux内核也就是这个东西。
内核包括：进程管理，内存管理，文件管理，驱动管理。我们所见到的各种Linux发行版：ubuntu,Mageia,centos,Fedora……其内核都是一样的，只是把外壳程序和库变了一下而已。