本篇将大致介绍linux操作系统的全貌，理解一些操作系统的基础概念，着重讲解程序、进程、线程、线程(协程)之间的区别

计算机启动过程

这里我们会简单的介绍计算机启动过程，不会去仔细扣其中的细节，大致了解即可

通电

• 首先，给计算机通电后，第一个起来的BIOS，BIOS第一件事情就是加电自检

  在自检期间，BIOS会去检查计算机的这些硬件是不是出现了问题，例如它去检查内存插好没有，显卡插好没有…如果这些东西都没有插好，那么BIOS会发起警告

• 自检完成就会做BIOS做的最重要的事情就是加载BootLoader

  BootLoader在一个硬盘上面是写死的，这样就可以保证BIOS这个硬件可以正确找到这个应用，然后将这个应用启动

BootLoader启动

• BootLoader就是我们俗称的引导程序，这个程序可以引导我们来启动操作系统，因为有可能我们电脑上面会不止安装一个操作系统，这些不同的操作系统启动就需要用户选择，当我们通过引导程序启动操作系统之后，以后所有的硬件和软件都会交给操作系统来管理了，这就像是大老板一样

操作系统基础知识

各操作系统简介

• 市面上有非常多的操作系统，例如Linux、自成一派的Mac、我们经常使用的WIndows，这些都是市面上非常有名的操作系统，除此之外还有号称要做物联网时代第一操作系统的鸿蒙操作系统

操作系统的作用

• 操作系统是一个软件，它的作用是管理硬件和管理其他软件。它可以一边管理硬件，一边对外提供应用的一些接口，我们用户想要对硬件进行一些操作全部需要通过操作系统，例如向磁盘中写文件、从网卡那边读传来的数据等等

操作系统的基本组成

• Linux操作系统，最终要的有2个部分，一个是用户空间，一个是内核空间。内核空间是管理计算机底层硬件的；用户空间是运行用户程序的，内核空间非常重要，用户程序只能在经过了内核的同意后才可以访问内核空间

• 内核要干的事情特别多

  

  这里面内核要干的最重要的事情就是进程调度，当然，这里的内核说的是宏内核，以上的事情全部都是宏内核要干的事情，与宏内核相对的就是微内核

  微内核的典型就是鸿蒙系统，这个微内核的最低配就只有一个功能，就是内核最核心的功能——进程调度

  假如我一个程序访问宏内核，想要往磁盘上写一个内容，这个时候我们向内核发送的请求会被内核接收到，这个宏内核就会自己调用功能，然后再通知应用，写的结果；

  如果我们程序访问的不是宏内核，而是微内核，那么就有可能这个微内核种没有这个功能，于是这个微内核就会向其他的核心发起询问，找寻到底哪个核心有这个功能，如果说它发现，欸，这个电视机有这个功能，内核就会通知电视机干这件事，干完以后将结果返回，最后再由内核返回结果给程序。

  从这里我们就可以感受到一些万物互联的味道了，微内核比起宏内核来说就更加的灵活，它可以适配不同的硬件调整内核大小，例如它可以像安装插槽一样动态定制功能，假如我这个硬件空间足够，那么我这个微内核就可以在除了进程调度以外添加上内存管理功能，非常灵活

Intel提供的不同分级与Linux分级

• 从硬件层面，intel给不同的指令分了访问的级别，一共分为4个级别，分别是 ring 0、ring 1、ring 2、ring 3，其中保护级别最高的是ring 0
• linux也运用了Intel的分级，不过只用了其中的两个级别，分别是ring 0和ring 3，其中ring 0被运用到了内核态，ring 3被运用到了用户态。内核态的linux可以访问ring 0级别的指令；用户态只可以访问ring 1级别的指令
• 当用户想要访问ring 0级别的一些操作，那么就会从用户态切换到内核态，完成后从内核态切换回用户态，这就是切换，这也是要消耗资源的

程序、进程、线程、纤程的介绍

程序概念介绍

• 程序的解释非常简单，我们这里用一个白话文的形式来介绍

  程序就是静静躺在硬盘上的一段代码，例如qq.exe，当我们双击exe文件，那么操作系统就会将这个程序通过IO读取到内存中，这个时候程序就会在内存中被单独开辟一个空间出来

进程与线程区别

• 当程序进入到内存后就会变成一个进程

• 那么进程与线程的区别在哪里呢？我们使用两种方式来解释，一种是白话文，一种是专业描述

  1. 进程是一个程序运行起来的状态，线程是进程中的可执行路径
  2. 进程是CPU分配资源的基本单位，线程是CPU执行调度的基本单位

• 为什么说进程是CPU分配资源的基本单位？

  • 我们开始的时候就提到过了，当我们双击一个程序的时候，这个程序就会被加载到内存，并且在内存种被分配一片空间，这里被分配的一片空间就是最重要的，进程被分配的资源。当然，一个进程除了被分配内存空间地址这个资源以外，还会被分配寄存器、ALU、PC等
  • 从这里我们也可以感受到，进程的确是CPU分配资源的基本单位

• 为什么说线程是CPU执行调度的基本单位？

  • 当我们在程序中启动多个线程的时候，那么对于CPU来说，这些线程都是可以执行的，CPU会或随机或有规律地挑选线程来执行，一个线程执行一段时间就会被调度，切换其他的线程来执行，这就是线程是CPU执行调度的基本单位的意思

• 线程和进程的本质区别

  • 线程和进程的本质区别在不同的操作系统中是不一样的，我们先来谈谈Linux中的区别

    在Linux中，进程和线程基本没有区别，当Linux启动一个线程，其实就是调用fork()方法启动子进程，对于Linux来说，进程是拥有自己独立空间的，但是线程却是一个程序中的所有线程公用一块空间，这就是在linux中进程和线程的区别

  • 如果不是linux系统的话，那么线程就有可能会是一个轻量级的进程（Light Weight Process）简称lwp

僵尸进程与孤儿进程

我们知道，进程的管理是通过PCB管理的，通过PCB可以管理进程的状态

• 僵尸进程

  当一个进程的子进程运行完毕被释放了资源后PCB没有被删除，也就是说虽然父进程维护着子进程的PCB，但是这个子进程已经被释放了，父进程就像只维护了一个牌位一样，这就是僵尸进程

  僵尸进程的影响其实不是特别大，因为子进程的资源已经被释放了，只剩下一个PCB，所以影响不是特别大，但是如果僵尸进程实在太多了，还是有影响的，因为PCB也是要占有空间的

• 孤儿进程

  当一个进程的父进程结束了，但是这个进程还没有结束，这就是孤儿进程，孤儿进程会改变自己的父进程，孤儿进程都会交给1号进程维护，孤儿进程对linux的影响其实也不大，只不过换了个爹而已

纤程介绍

• 纤程(fiber)，又被称为协程，是一个轻量级的线程，可以说是线程中的线程。
• 假如我们想要启动一个线程的话，我们需要切换到内核态，然后在内核态启动一个线程，这个线程的资源消耗基本等于一个进程；但是如果我们想要启动一个纤程，那么这个纤程的启动不需要经过内核态，只需要在线程中进行控制即可

线程与纤程的资源消耗

• 启动一个线程，基本需要消耗1M
• 启动一个纤程，只需要4k

纤程的内部实现逻辑

• 其实纤程的内部实现和线程实现是一个道理
• 例如在JVM层次，我们就把JVM的线程当作是内核，JVM的线程中有JVM Stacks，我们就可以模仿这个结构，也制作小型的stack交给纤程使用，纤程的调度就和线程调度的逻辑一样，只不过负责它调度的不是内核，而是线程

线程与纤程的调度

• 当我们的应用程序创建了非常多的线程的时候，我们的CPU会需要进行线程调度，首先我们会切换到内核态，在内核态完成线程切换，切换完毕后再切换回来
• 如果我们创建的是纤程的话，那么我们纤程的切换不需要进行内核态转换，仅仅只需要线程就可以对纤程进行调度，速度非常快
• 下面我们举例来说明线程和纤程的调度
• 首先，我们启动了10w个线程，每一个线程都进行一个固定的计算操作（不涉及到内核）；接着我们启动1个线程，在这个线程里面启动10w个纤程同样每个纤程都进行固定的计算操作。最后经过压测后，一个线程启动的10w个纤程比直接启动10w个线程的效率要高6.6倍左右（使用线程的花费180s，使用纤程耗费27s），这还不是最完美的纤程运用，如果要更加完美的话，我们还可以启动10个线程，每一个线程中启动10k个纤程，那么就可以最大效率利用我们的cpu，效率提升会更高恐怖！

浅谈Java纤程

• 目前支持内置纤程的语言有很多，出名的就有 kotlin、scala、go等等。非常遗憾，直到今日 2021/4/1日，Java SE 16仍然没有支持内置纤程
• 网上有很多人说go语言比Java优秀，其实优秀就优秀在纤程上面，如果Java也支持纤程的话，go语言就没有比Java特别优越的地方了