0207 软件是如何运行和崩溃的？

背景

程序员的任务是写代码【软件】，代码【软件】本身无价值，代码【软件】运行起来才能实现价值。

运行

以java程序为例：

首先把代码通过编译器编译成可执行代码。

运行过程：冯洛伊曼模型

1. 操作系统从磁盘中加载 程序（代码）到内存，程序变成了进程；

1. 操作系统调度cpu给到进程，完成计算任务；

1. 操作系统协调io设备，输出计算结果；

内存模型：

1. 程序代码?

2. 程序代码中的数据结构；

3. 数组需要分配内存到堆上；

4. 数据结构对应的内存地址分配到栈上；

程序执行过程：基于栈帧

进程的状态：

1. 运行（获得cpu,正在执行计算）
2. 就绪（差cpu资源）
3. 堵塞（获得cpu也无法完成计算）

因为进程的切换代价太大，操作系统引入了线程。

一台计算机如何运行多个计算任务？
基于cpu的共享分时技术（时间片轮转）? + 多线程 ；

崩溃

以一个简单的tomcat+javaweb程序为例：

首先看运行模型：

当多个线程需要修改共享数据的时候，为了保证数据的一致性，引入了操作系统的锁；

一个请求对应一个线程，如果请求数不断增加，就会有很多的线程因为锁而进入等待状态，导致程序响应变慢；

当等待线程超过系统的极限，程序会崩溃；

如何解决并发问题引起的系统变慢和崩溃？
使用分布式集群的方式替代单台服务器，资源多了，等待的线程就变少了；
此外，限流是为了控制等待线程数量超过系统极限而程序崩溃；
降级是为了减少非核心计算，集中资源；

问题？

操作系统和cpu的锁是如何实现的？

cpu：？

操作系统：PV原语

java: 基于CAS，把线程编号写到对象头中；

小结

1 程序是如何运行和崩溃的？
以java程序为场景，

程序员的工作内容主要是写码，而代码本身没有价值，把代码运行起来应用到业务场景中才能带来价值。

实际编程过程：ide中写代码，编译打包得到jar包，配置好运行环境【购买物理服务器，安装操作系统，安装jdk,安装tomcat，配置tomcat，上传jar包，使用shell启动程序，配置好网关，交付用户】

程序怎么运行的？

计算机都是基于冯洛伊曼结构

操作系统把jar包加载到内存中，程序变成了一个jvm的进程，分配和协调好CPU，io，进程就跑起来了。

程序中含有各种数据结构，cpu会把内存分配在堆中，把内存地址记录在栈里。

代码的执行基于栈帧，把函数的入参，局部变量放在栈里，后进先出，CPU的跳转指令可以嵌套函数调用。

一台服务器如何处理多任务？

首先操作系统可以运行多进程，基于时间片轮转法共享CPU，因为进程切换代价高昂，所以每个进程内又可以产生多个线程，每个线程可以处理一个任务.

程序是如何崩溃的？

以一个tomcat+javaweb程序为场景

物理服务器提供CPU，内存，磁盘，网络；

操作系统进行进程调度，硬件资源管理；

jvm进程主要进行虚拟机管理；

tomcat进行应用包装，分配多个线程处理请求，一个请求对应一个线程；

应用程序，处理业务逻辑；

当多线程修改共享数据的时候，操作系统为了保证数据一致性，加锁；

锁会带来大量线程等待，程序响应会变慢；当等待线程数超过系统极限，耗费有限资源比如CPU，内存，磁盘，程序会崩溃。

通过本篇，可以学会：

1. 程序是如何运行的？jvm的内存结构和运行过程；
2. 程序是如何崩溃的？如何解决或者缓解程序变慢或者崩溃的问题；

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