馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)

生活中大部分的計算機，服務(wù)器都遵守馮諾依曼體系。

• 目前所認(rèn)識的計算機，都是有一個個的硬件組件組成
• 輸入單元：包括鍵盤, 鼠標(biāo)，掃描儀, 寫板等
• 中央處理器(CPU)：含有運算器和控制器等
• 輸出單元：顯示器，打印機等
• 馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)：
1. 這里的存儲器指的是內(nèi)存
2. 不考慮緩存情況，這里的CPU能且只能對內(nèi)存進(jìn)行讀寫，不能訪問外設(shè)(輸入或輸出設(shè)備)
3. 外設(shè)(輸入或輸出設(shè)備)要輸入或者輸出數(shù)據(jù)，也只能寫入內(nèi)存或者從內(nèi)存中讀取。
4. 所有設(shè)備都只能直接和內(nèi)存打交道。

注：

• 輸入設(shè)備：鍵盤、網(wǎng)卡、磁盤、話筒……
• CPU：運算器和控制器
• 輸出設(shè)備：顯示器、網(wǎng)卡、磁盤、音響……
• 輸出設(shè)備和輸入設(shè)備統(tǒng)稱為外設(shè)
• 存儲器：CPU和所有外設(shè)的緩存
• 馮諾依曼規(guī)定了硬件層面上的數(shù)據(jù)流向
• 可執(zhí)行程序運行時必須先加載到內(nèi)存（馮諾依曼規(guī)定）
• 在數(shù)據(jù)層面：CPU并不和外設(shè)打交道，外設(shè)只和內(nèi)存打交道
• QQ中傳遞文件：輸入：磁盤、輸出：網(wǎng)卡 、輸入：網(wǎng)卡、輸出：磁盤
• QQ中聊天：輸入：鍵盤、輸出：網(wǎng)卡 、輸入：網(wǎng)卡、輸出：顯示器

操作系統(tǒng)(Operator System)

任何計算機系統(tǒng)都包含一個基本的程序集合，稱為操作系統(tǒng)(OS)。

操作系統(tǒng)包括：

• 內(nèi)核（進(jìn)程管理，內(nèi)存管理，文件管理，驅(qū)動管理）
• 其他程序（例如函數(shù)庫，shell程序等等）

操作系統(tǒng)是進(jìn)行軟硬件資源管理的軟件

操作系統(tǒng)：

• 可以減少用戶使用計算機的成本
• 對下管理好所有的軟硬件，對上給用戶提供一個穩(wěn)定高效的運行環(huán)境（軟件：進(jìn)程管理、文件管理、驅(qū)動管理…… 硬件：磁盤、網(wǎng)卡、顯卡、內(nèi)存……）
• 在整個計算機軟硬件架構(gòu)中，操作系統(tǒng)的定位是：一款純正的“搞管理”的軟件

注：

• 硬件部分遵守馮諾依曼體系
• OS不信任任何用戶，任何對系統(tǒng)硬件或者軟件訪問，都必須通過OS的手
• 計算機體系是一個層狀結(jié)構(gòu)，任何訪問硬件或者軟件的行為，都必須通過OS接口，貫穿OS進(jìn)行訪問
• 庫函數(shù)：語言或者第三方庫（第一方：系統(tǒng)的、第二方：自己的，其余是第三方的）給我們提供的接口
• 系統(tǒng)調(diào)用：OS提供的接口
  總結(jié)：
• 計算機管理硬件：
1. 描述起來，用struct結(jié)構(gòu)體
2. 組織起來，用鏈表或其他高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
• 操作系統(tǒng)是進(jìn)行軟硬件資源管理的軟件（其中管理的本質(zhì)是先描述在組織（是對數(shù)據(jù)的管理））
• 管理分為三種：管理者、執(zhí)行者、被管理者（eg管理者為OS、執(zhí)行者為驅(qū)動程序、被管理者為底層硬件）

補：

• 系統(tǒng)調(diào)用：

1. 系統(tǒng)調(diào)用把應(yīng)用程序的請求傳輸給系統(tǒng)內(nèi)核執(zhí)行
2. 系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)的執(zhí)行過程應(yīng)該是由用戶態(tài)變?yōu)閮?nèi)核態(tài)(又稱系統(tǒng)態(tài))
3. 利用系統(tǒng)調(diào)用能夠得到操作系統(tǒng)提供的多種服務(wù)
4. 是操作系統(tǒng)提供給編程人員的接口
5. 系統(tǒng)調(diào)用給用戶屏蔽了設(shè)備訪問的細(xì)節(jié)
6. 系統(tǒng)調(diào)用保護(hù)了一些只能在內(nèi)核模式執(zhí)行的操作指令

• read是系統(tǒng)調(diào)用不是庫函數(shù)

進(jìn)程

描述進(jìn)程-PCB

基本概念
課本概念：程序的一個執(zhí)行實例，正在執(zhí)行的程序等
內(nèi)核觀點：擔(dān)當(dāng)分配系統(tǒng)資源（CPU時間，內(nèi)存）的實體。

描述進(jìn)程-PCB

• 進(jìn)程信息被放在一個叫做進(jìn)程控制塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，可以理解為進(jìn)程屬性的集合。稱之為PCB（process control block），Linux操作系統(tǒng)下的PCB是: task_struct 。task_struct是PCB的一種
• 在Linux中描述進(jìn)程的結(jié)構(gòu)體叫做task_struct。
• task_struct是Linux內(nèi)核的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它會被裝載到RAM(內(nèi)存)里并且包含著進(jìn)程的信息

task_ struct內(nèi)容分類

• 標(biāo)示符: 描述本進(jìn)程的唯一標(biāo)示符，用來區(qū)別其他進(jìn)程。
• 狀態(tài): 任務(wù)狀態(tài)，退出代碼，退出信號等。
• 優(yōu)先級: 相對于其他進(jìn)程的優(yōu)先級。
• 程序計數(shù)器: 程序中即將被執(zhí)行的下一條指令的地址。
• 內(nèi)存指針: 包括程序代碼和進(jìn)程相關(guān)數(shù)據(jù)的指針，還有和其他進(jìn)程共享的內(nèi)存塊的指針
• 上下文數(shù)據(jù): 進(jìn)程執(zhí)行時處理器的寄存器中的數(shù)據(jù)
• I／O狀態(tài)信息: 包括顯示的I/O請求,分配給進(jìn)程的I／O設(shè)備和被進(jìn)程使用的文件列表。
• 記賬信息: 可能包括處理器時間總和，使用的時鐘數(shù)總和，時間限制，記賬號等。
• 其他信息

注：

• 在編程語言中：順序語句、判斷語句、循環(huán)語句
• CPU中有一種寄存器叫pc指針（也稱EIP），它是用來記錄正在執(zhí)行指令的下一條指令的地址
• CPU核心工作流程：
1. 取指令
2. 分析指令
3. 執(zhí)行指令
• CPU中運行的代碼都是進(jìn)程的代碼
• 當(dāng)一個進(jìn)程在運行中，因為某些原因，需要被暫時停止執(zhí)行，讓出CPU，需要進(jìn)程保存（保存的目的是為了恢復(fù)）自己的所有的臨時數(shù)據(jù)（最重要的是進(jìn)程的上下文數(shù)據(jù)）
• 在每個CPU中都有一個運行隊列，其中運行隊列中的進(jìn)程都是處在運行狀態(tài)的（CPU是選擇性的調(diào)度）

總結(jié)：

• OS可以一次跑起多個程序，并且OS要管理起來這些運行起來的程序，OS要對進(jìn)程進(jìn)行管理
• 進(jìn)程控制塊（PCB）：struct task_struct 結(jié)構(gòu)體
• OS對進(jìn)程的管理轉(zhuǎn)化成為了對進(jìn)程信息的管理，先描述再組織，對進(jìn)程的管理轉(zhuǎn)化為對雙鏈表的增刪查改
• 進(jìn)程=你的程序+內(nèi)核申請的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（PCB）
• 優(yōu)先級的本質(zhì)是在資源（CPU、網(wǎng)卡、顯卡、磁盤……）有限的前提下，確立誰先訪問資源，誰后訪問的問題

補：

• 進(jìn)程放在CPU上之后，不是一直在運行直到進(jìn)程運行結(jié)束，每個進(jìn)程都有一個運行時間單位——時間片
• 一般進(jìn)程讓出CPU：一種是來了一個優(yōu)先級更高的進(jìn)程（OS必須支持搶占）；另一種是時間片到了
• 單CPU，單核：跑起來多個進(jìn)程，通過進(jìn)程快速切換的方式，在一段時間內(nèi)，讓所有的進(jìn)程代碼都得到推進(jìn)——并發(fā)
• 多CPU，多核：任何時刻，允許多個進(jìn)程同時執(zhí)行——并行
• 進(jìn)程在CPU上運行時，會有很多寄存器上的臨時數(shù)據(jù)——上下文數(shù)據(jù)
• 系統(tǒng)感知進(jìn)程的唯一實體是PBC（進(jìn)程控制塊）

查看進(jìn)程

通過系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建進(jìn)程-fork

語法：

1. 創(chuàng)建子進(jìn)程

理解fork：

• 從程序員角度：
1. 父子共享用戶代碼（是只讀的不可修改并且不可寫入），而用戶數(shù)據(jù)各自私有一份（目的是不讓進(jìn)程間相互干擾）（數(shù)據(jù)用的是寫時拷貝）
2. 在操作系統(tǒng)中，所有進(jìn)程具有獨立性的
3. 進(jìn)程具有獨立性是操作系統(tǒng)所表現(xiàn)出來的，OS通過父子進(jìn)程的用戶數(shù)據(jù)各自私有一份，從而不讓進(jìn)程互相干擾來實現(xiàn)的
• 從內(nèi)核角度：
1. 進(jìn)程=我的程序+內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（PCB task_struct）
2. 創(chuàng)建子進(jìn)程，通常以父進(jìn)程為模板其中子進(jìn)程默認(rèn)使用的是父進(jìn)程的代碼和數(shù)據(jù)（寫時拷貝）

2. fork有兩個返回值

注：

• fork有兩個返回值的原因是在創(chuàng)建子進(jìn)程成功之后，子進(jìn)程和父進(jìn)程共享代碼
• fork：子進(jìn)程的返回值是0，父進(jìn)程返回值是子進(jìn)程的pid，因為子進(jìn)程只有一個父進(jìn)程，而父進(jìn)程有多個子進(jìn)程，需要對每個子進(jìn)程進(jìn)行標(biāo)識（pid），并且記住他們
• fork中父進(jìn)程的返回值是不會記錄到用戶數(shù)據(jù)當(dāng)中的，這些只是給用戶看的，便于記錄子進(jìn)程（pid）

總結(jié)：

• 運行 man fork 認(rèn)識fork
• fork有兩個返回值
• 父子進(jìn)程代碼共享，數(shù)據(jù)各自開辟空間，私有一份（采用寫時拷貝）
• fork 之后通常要用 if 進(jìn)行分流

進(jìn)程狀態(tài)

Linux下的內(nèi)核源代碼

• R運行狀態(tài)（running）: 并不意味著進(jìn)程一定在運行中，它表明進(jìn)程要么是在運行中要么在運行隊列里。

• S睡眠狀態(tài)（sleeping): 意味著進(jìn)程在等待事件完成（這里的睡眠有時候也叫做可中斷睡眠

• D磁盤休眠狀態(tài)（Disk sleep）有時候也叫不可中斷睡眠狀態(tài)（uninterruptible sleep），在這個狀態(tài)的進(jìn)程通常會等待IO的結(jié)束。

• T停止?fàn)顟B(tài)（stopped）：可以通過發(fā)送 SIGSTOP 信號給進(jìn)程來停止（T）進(jìn)程。這個被暫停的進(jìn)程可以通過發(fā)送 SIGCONT 信號讓進(jìn)程繼續(xù)運行。

• X死亡狀態(tài)（dead）：這個狀態(tài)只是一個返回狀態(tài)，你不會在任務(wù)列表里看到這個狀態(tài)。

• Z(zombie)-僵尸進(jìn)程：

1. 僵死狀態(tài)（Zombies）是一個比較特殊的狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)程退出并且父進(jìn)程（使用wait()系統(tǒng)調(diào)用）沒有讀取到子進(jìn)程退出的返回代碼時就會產(chǎn)生僵死(尸)進(jìn)程
2. 僵死進(jìn)程會以終止?fàn)顟B(tài)保持在進(jìn)程表中，并且會一直在等待父進(jìn)程讀取退出狀態(tài)代碼。
3. 只要子進(jìn)程退出，父進(jìn)程還在運行，但父進(jìn)程沒有讀取子進(jìn)程狀態(tài)，子進(jìn)程進(jìn)入Z狀態(tài)

R狀態(tài)

S狀態(tài)

T狀態(tài)

Z狀態(tài)

注：

• 只要進(jìn)程正常結(jié)束，就是正常死亡（X狀態(tài)不太好演示）
• D狀態(tài)在云服務(wù)器上不容易實現(xiàn)
• 進(jìn)程是R狀態(tài)，不一定是在CPU上運行，進(jìn)程在運行隊列中，就是R狀態(tài)（進(jìn)程已準(zhǔn)備好，等待調(diào)度）
• S狀態(tài)為淺度休眠（對外部事件可以做出反應(yīng)），大部分情況下都是這種狀態(tài)
• D狀態(tài)為深度休眠（不可以被殺掉，即便是操作系統(tǒng)，只能等待D狀態(tài)進(jìn)程自動醒來，或者是關(guān)機重啟（可能被卡死））
• S狀態(tài)和D狀態(tài)稱為等待狀態(tài)
• 進(jìn)程退出，一般不是立刻讓OS回收信息，釋放進(jìn)程的所有資源
• 進(jìn)程創(chuàng)建的目的是為了將自己退出時的相關(guān)信息，寫入進(jìn)程的PCB中，供OS或者父進(jìn)程來進(jìn)行讀取，讀取成功后，該進(jìn)程才算真正死亡
• 進(jìn)程退出時，當(dāng)OS或者父進(jìn)程來未讀取到子進(jìn)程的信息時，這是處于Z狀態(tài)

狀態(tài)與狀態(tài)+的區(qū)別

eg

補：
kill命令
kill 命令用于刪除執(zhí)行中的程序或工作
語法：kill [-s <信息名稱或編號>][程序]　或　kill [-l <信息編號>]

查看進(jìn)程狀態(tài)

第一種：

第二種：

ps aux / ps axj 命令

補：D狀態(tài)和Z狀態(tài)用kill命令是殺不掉的

僵尸進(jìn)程危害

• 進(jìn)程的退出狀態(tài)必須被維持下去，因為OS關(guān)心進(jìn)程是否完成了任務(wù)?？筛高M(jìn)程如果一直不讀取，那子進(jìn)程就一直處于Z狀態(tài)
• 維護(hù)退出狀態(tài)本身就是要用數(shù)據(jù)維護(hù)，也屬于進(jìn)程基本信息，所以保存在task_struct(PCB)中，換句話說，Z狀態(tài)一直不退出，PCB一直都要維護(hù)
• 一個父進(jìn)程創(chuàng)建了很多子進(jìn)程，就是不回收，會造成內(nèi)存資源的浪費。因為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對象本身就要占用內(nèi)存。（在C中定義一個結(jié)構(gòu)體變量（對象），是要在內(nèi)存的某個位置進(jìn)行開辟空間！）這樣就會存在內(nèi)存泄漏。

孤兒進(jìn)程

父進(jìn)程先退出，子進(jìn)程就稱之為“孤兒進(jìn)程”

注：

• 孤兒進(jìn)程被1號systemd進(jìn)程領(lǐng)養(yǎng)，當(dāng)然要有systemd進(jìn)程回收
• 在centos7.6中1號進(jìn)程是systemd，而在centos6.5中的1號進(jìn)程是initd

進(jìn)程優(yōu)先級

進(jìn)程的優(yōu)先級：

• cpu資源分配的先后順序，就是指進(jìn)程的優(yōu)先權(quán)（priority）。
• 優(yōu)先權(quán)高的進(jìn)程有優(yōu)先執(zhí)行權(quán)利。配置進(jìn)程優(yōu)先權(quán)對多任務(wù)環(huán)境的linux很有用，可以改善系統(tǒng)性能。
• 還可以把進(jìn)程運行到指定的CPU上，這樣一來，把不重要的進(jìn)程安排到某個CPU，可以大大改善系統(tǒng)整體性能

注：

• 優(yōu)先級是在一定能得到某種資源，只是先后的問題
• 權(quán)限是決定你能還是不能得到某種資源
• 優(yōu)先級是得到某種資源（CPU）的先后順序，其本質(zhì)是因為資源有限（CPU）

查看系統(tǒng)進(jìn)程

• UID : 代表執(zhí)行者的身份
• PID : 代表這個進(jìn)程的代號
• PPID ：代表這個進(jìn)程是由哪個進(jìn)程發(fā)展衍生而來的，亦即父進(jìn)程的代號
• PRI ：代表這個進(jìn)程可被執(zhí)行的優(yōu)先級，其值越小越早被執(zhí)行
• NI ：代表這個進(jìn)程的nice值
• TTY：運行該程序時的終端設(shè)備
• CMD：命令

注：

• Linux的優(yōu)先級由pri和nice值共同確定（優(yōu)先級的數(shù)值越小，優(yōu)先級越高；優(yōu)先級的數(shù)值越大，優(yōu)先級越低）
• nice值就是優(yōu)先級的修正數(shù)據(jù)，范圍是[-20,19]
• 優(yōu)先級不可能一味的高，也不可能一味的低（操作系統(tǒng)的調(diào)度器要適度地考慮平衡問題，避免“饑餓問題”）

PRI and NI

• PRI是進(jìn)程的優(yōu)先級，或者通俗點說就是程序被CPU執(zhí)行的先后順序，此值越小
  進(jìn)程的優(yōu)先級別越高
• NI就是nice值了，其表示進(jìn)程可被執(zhí)行的優(yōu)先級的修正數(shù)值
• PRI值越小越快被執(zhí)行，PRI(new)=PRI(old)+nice
• 當(dāng)nice值為負(fù)值的時候，那么該程序?qū)?yōu)先級值將變小，即其優(yōu)先級會變高，則其越快被執(zhí)行
• 調(diào)整進(jìn)程優(yōu)先級，在Linux下，就是調(diào)整進(jìn)程nice值
• nice其取值范圍是-20至19，一共40個級別。
• 進(jìn)程的nice值不是進(jìn)程的優(yōu)先級，但是進(jìn)程nice值會影響到進(jìn)程的優(yōu)先級變化。
• nice值是進(jìn)程優(yōu)先級的修正修正數(shù)據(jù)

注：

• nice的值的范圍[-20,19]，是一種可控范圍，原則上OS內(nèi)的調(diào)度器，要公平（不是平均）且較高效的調(diào)度
• PRI(new)=PRI(old)+nice中的PRI(old)默認(rèn)是80，因為有一個基準(zhǔn)值，便于調(diào)整；在設(shè)計上實現(xiàn)起來比較方便
• 在Linux系統(tǒng)中，標(biāo)識一個用戶，并不是通過用戶名標(biāo)識的（是給用戶看的），而是通過用戶的uid（計算機比較善于處理數(shù)據(jù)）

查看進(jìn)程優(yōu)先級的命令

用top命令更改已存在進(jìn)程的nice：

• top
• 進(jìn)入top后按“r”–>輸入進(jìn)程PID–>輸入nice值

注：

• 用top命令更改已存在進(jìn)程的nice，如果輸入的值大于19，NI的值就是19；如果輸入的值小于-20，NI的值就是-20。
• 無論怎么輸入NI的值，最終PRI的值為[60，99]

補充概念

• 競爭性: 系統(tǒng)進(jìn)程數(shù)目眾多，而CPU資源只有少量，甚至1個，所以進(jìn)程之間是具有競爭屬性的。為了高效完成任務(wù)，更合理競爭相關(guān)資源，便具有了優(yōu)先級
• 獨立性: 多進(jìn)程運行，需要獨享各種資源，多進(jìn)程運行期間互不干擾
• 并行: 多個進(jìn)程在多個CPU下分別，同時進(jìn)行運行，這稱之為并行
• 并發(fā): 多個進(jìn)程在一個CPU下采用進(jìn)程切換的方式，在一段時間之內(nèi)，讓多個進(jìn)程都得以推進(jìn)，稱之為并發(fā)

注：

• 進(jìn)程與資源之間，進(jìn)程永遠(yuǎn)是多數(shù)的
• 競爭性和獨立性是進(jìn)程運行的特殊屬性（或原則）；并行和并發(fā)是計算機的調(diào)度特性

環(huán)境變量與命令行參數(shù)

Linux下的環(huán)境變量與命令行參數(shù)

進(jìn)程地址空間（靈魂四問）

進(jìn)程地址空間的分布

注：

• 進(jìn)程地址空間不是內(nèi)存地址空間
• 進(jìn)程地址空間，會在進(jìn)程的整個生命周期內(nèi)一直存在，直到進(jìn)程退出

什么是進(jìn)程地址空間

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int g_val = 0;
int main()
{
 pid_t id = fork();
  if(id < 0)
  {
  perror("fork");
   return 0;
  }
  else if(id == 0)
  { 
   //child,子進(jìn)程肯定先跑完，也就是子進(jìn)程先修改，完成之后，父進(jìn)程再讀取
   g_val=100;
   printf("child[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
  }
  else
  { 
   //parent
   sleep(3);
  printf("parent[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
  }
  sleep(1);
  return 0;
}

運行結(jié)果：

child[3046]: 100 : 0x80497e8
parent[3045]: 0 : 0x80497e8

父子進(jìn)程中的g_val的地址竟然是一樣的

注：

• 任何的編程語言里面的地址，絕對不是物理地址，而是虛擬地址（C++/C語言中的&得到的是虛擬地址不是物理地址）
• 虛擬地址是操作系統(tǒng)提供的，數(shù)據(jù)和代碼一定在物理內(nèi)存上（馮諾依曼規(guī)定），因此需要將虛擬內(nèi)存轉(zhuǎn)化成物理內(nèi)存（由OS自動完成）
• 父子進(jìn)程代碼共享，而數(shù)據(jù)是各自私有一份的（寫時拷貝）
• 當(dāng)所有程序運行起來之后，該程序立即變成進(jìn)程

總結(jié)：

• 地址空間本質(zhì)是進(jìn)程看待內(nèi)存的方式，是抽象出來的一個概念，內(nèi)核struct mm_struct，這樣的每一個進(jìn)程，都認(rèn)為自己獨占系統(tǒng)內(nèi)存資源
• 區(qū)域劃分本質(zhì)：將線性地址空間劃分成為一個一個的area，[start,end]
• 虛擬地址本質(zhì)：在[start,end] 之間的各個地址叫做虛擬地址

為什么要存在地址空間

第一種情況：

• 如果進(jìn)程直接訪問物理內(nèi)存，那么所看到的地址就是物理地址，如果進(jìn)行指針越界訪問，那么進(jìn)程間的獨立性就無法保證。

• 因為物理內(nèi)存一暴露，其中就有可能有惡意程序直接通過物理地址進(jìn)行內(nèi)存數(shù)據(jù)篡改，并且可以讀取里面的內(nèi)容

第二種情況：

• 當(dāng)一個程序變?yōu)檫M(jìn)程時，需要將可執(zhí)行程序加載到內(nèi)存中；當(dāng)進(jìn)程退出時，也需要內(nèi)存知道，因此內(nèi)存管理需要知道進(jìn)程是運行還是終斷、退出
• 因此內(nèi)存管理模塊和進(jìn)程模塊是強耦合的
• 內(nèi)存管理只需知道哪些內(nèi)存區(qū)域（page）是無效的，哪些區(qū)域是有有效的，只需將內(nèi)存管理和進(jìn)程管理進(jìn)行解耦

第三種情況：

• 磁盤在存儲二進(jìn)制可執(zhí)行程序時，是進(jìn)行一個個區(qū)域劃分的（代碼區(qū)、全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)、只讀數(shù)據(jù)區(qū)）這些區(qū)域是以4KB為單位劃分的（頁幀），而物理內(nèi)存是沒有按照磁盤劃分順序劃分的（按照頁（一頁是4KB）為單位劃分的）
• 如果進(jìn)程想要執(zhí)行代碼，OS需要在物理內(nèi)存中毫無章法的亂找（除非OS開辟一塊連續(xù)的物理內(nèi)存（不現(xiàn)實）），這時，虛擬地址空間是幾乎是按照磁盤區(qū)域劃分的，它可以經(jīng)過頁表的映射來找到代碼的位置并順利執(zhí)行代碼

注：

• 兩個不同的進(jìn)程虛擬地址可以完全一樣

• 頁表：

1. 頁表是完成虛擬地址到物理地址的映射
2. 將虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)化
3. 同時也可以幫系統(tǒng)進(jìn)行合法性檢測

• 內(nèi)存管理模塊和進(jìn)程管理模塊是強耦合的

• 操作系統(tǒng)：進(jìn)程管理、文件管理、內(nèi)存管理、驅(qū)動管理

• 可執(zhí)行程序，其本身就已經(jīng)劃分成為一個個的區(qū)域（.code、.data、.bss、.readonly……），這樣劃分便于程序鏈接，而代碼在用編譯器編譯時是將數(shù)據(jù)和代碼放在一起

• 頁框：頁框數(shù)=物理內(nèi)存大小/每一個分配內(nèi)存的大?。?KB），頁框以4KB位單位

• 頁幀：在磁盤一個個程序被劃分成4KB大小的數(shù)據(jù)

• 頁號：頁表項的序號

• 執(zhí)行順序語句的過程：當(dāng)前語句的起始地址+當(dāng)前代碼的長度（虛擬地址存放代碼是存放在連續(xù)區(qū)域的）

• 虛擬地址空間不存在存放地址的功能，因此需要用戶必須保存起來（避免內(nèi)存泄露）

• 進(jìn)程與程序的區(qū)別：

1. 程序是靜態(tài)的，進(jìn)程是動態(tài)的，程序是存儲在某種介質(zhì)上的二進(jìn)制代碼，進(jìn)程對應(yīng)了程序的執(zhí)行過程，系統(tǒng)不需要為一個不執(zhí)行的程序創(chuàng)建進(jìn)程，一旦進(jìn)程被創(chuàng)建，就處于不斷變化的動態(tài)過程中，對應(yīng)了一個不斷變化的上下文環(huán)境。
2. 程序是永久的，進(jìn)程是暫時存在的。程序的永久性是相對于進(jìn)程而言的，只要不去刪除它，它可以永久的存儲在介質(zhì)當(dāng)中。

總結(jié)：

1. 保護(hù)物理內(nèi)存，不受到任何進(jìn)程內(nèi)的地址直接訪問，方便進(jìn)行合法性校驗
2. 將內(nèi)存管理和進(jìn)程管理進(jìn)行解耦
3. 讓每個進(jìn)程，以同樣的方式來看待代碼和數(shù)據(jù)

地址空間與物理內(nèi)存之間的關(guān)系

虛擬地址和物理地址之間是通過頁表完成的映射關(guān)系

回答上面代碼（為什么地址一樣？）的問題

• 變量內(nèi)容不一樣,所以父子進(jìn)程輸出的變量絕對不是同一個變量
• 但地址值是一樣的，說明，該地址絕對不是物理地址
• 在Linux地址下，這種地址叫做 虛擬地址
• 我們在用C/C++語言所看到的地址，全部都是虛擬地址！物理地址，用戶一概看不到，由OS統(tǒng)一管理，OS必須負(fù)責(zé)將 虛擬地址 轉(zhuǎn)化成 物理地址
• 同一個變量，地址相同，其實是虛擬地址相同（原因是fork出一個子進(jìn)程，其中子進(jìn)程會繼承大部分父進(jìn)程的信息（代碼指向同一塊空間，數(shù)據(jù)也指向同一塊空間），因此g_val的地址也被繼承了，但是當(dāng)子進(jìn)程試圖修改g_val值時，這是需要用到寫時拷貝將父進(jìn)程的數(shù)據(jù)拷貝一份給子進(jìn)程（開辟新的空間）并修改了子進(jìn)程中的g_val的值），因此內(nèi)容不同其實是被映射到了不同的物理地址！

補：

• TCB：線程控制塊

• MMU：內(nèi)存管理單元,一種負(fù)責(zé)處理中央處理器（CPU）的內(nèi)存訪問請求,功能包括虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換（即 虛擬內(nèi)存管理）、內(nèi)存保護(hù)、中央處理器高速緩存的控制

• CACHE：高速緩存

• DMA：直接內(nèi)存存取