干货：操作系统核心技术实战

Posted 2021-06-29 Hardy晗狄

 

都说操作系统（简称 OS ），是程序员的三大浪漫之一，我们经常会用“灵魂、大脑、内核、基石”等词来形容它，足以见得它对计算机而言有多么重要。

 

在实际工作中也确实如此，很多遇到的疑难杂症，都和操作系统密切相关，比如：

 

• 内存为什么会泄漏、服务进程为什么会 dang 掉、文件为什么打不开？

• mysql 的 IO 性能还能不能再提升？

• 网络服务为什么会掉线？

• Redis 中经典的 Reactor设计模式靠什么技术支撑？

• Node.js 的 I/O 模型长什么模样？

 

除此之外，在做高性能服务端编程的时候，经常会用到内存、进程、线程、IO 相关的知识。对于运维、测试等研发来说，很多问题也是基于操作系统的：比如给服务配置多大的内存、多大的缓存空间? 怎样根据操作系统给出的信息，判断服务器的问题出现在哪里？

 

这些问题只有掌握操作系统底层知识，才能定位到原因，进一步排查监控。

 

可以说：“学好操作系统，能直接解决你在工作中遇到的问题”。就这一个原因，它就已经是每个程序员必须好好修炼的“基本功”了。

 

更何况从成长性来看，花大量时间研究 OS 这些底层知识，就相当于“指数函数”，虽然短期看不到效果，但却是从 0 到 1 必然的过程。

 

学懂了这些基本功，再去琢磨那些被“追捧”的流行技术啊、demo 啊，都能轻松地理解背后高级的设计，理解系统中的性能瓶颈。

 

所以不夸张地说，学懂了操作系统，同时具备不错的编程能力，找工作就很有优势。要知道，很多在职的工程师其实很多这里面的概念都不懂，工作多年，还得回来补课。

 

操作系统很难，有什么学习的 “捷径”？

 

捷径没有，心得有一点。操作系统需要大量的知识储备，除了要理论要体系化，更重要的是一定要实践，当你真的动手写了一个 OS 的时候，你对操作系统的理解会是质的飞跃。

 

但有配套实验完成一个 OS 的学习资料很少，极客时间的《操作系统实战 45 讲》专栏算一个，作者是计算机“鬼才”——彭东，这课上线一个月，订阅量已经快 8000 了，这个结果其实并不意外，毕竟，国内这类实战课程真的太稀缺了。

 

下面是彭东整理的「操作系统核心知识图谱」，就出自这个专栏，建议先马后看。

操作系统简化知识体系图

关于计算机“鬼才”彭东

彭东非科班出身，却凭借惊人的意志和热爱，自学微机原理，编程语言，数据结构与算法，翻遍操作系统和硬件层相关书籍，独立开发了 LMOS 操作系统。

 

LMOS 现在已经发布了 8 个测试版本，是多进程、多线程、多 CPU、支持虚拟内存的 x86_64 体系下的全 64 位操作系统内核，代码量已经有 10 万多行了。

 

不止于此，强烈的兴趣促使他又开发了基于 Linux 的嵌入式操作系统——LMOSEM。

 

他还是《深度探索嵌入式操作系统：从零开始设计、架构和开发》的作者，Intel 傲腾项目的关键开发者。

 

数十年深入研究操作系统，他精通 Linux、BSD、SunOS 等开源操作系统内核、熟悉Windows 的 NT 内核，了解计算机底层技术，在编译器，数据库等基础架构方面也颇有研究。

 

可以说彭东非常了解，在操作系统的学习过程中，有哪些难点和阻碍，会踩哪些坑。其实，当我知道他要出专栏时，非常惊讶，早在专栏在上线前，我就迫不及待地从运营同学那里要样章来看了，确实让我很惊喜。

 

总结来说，他会带着你，一步步实现一个基于 x86 平台的 64 位多进程的操作系统——Cosmos，这真是从 0 到 1，手把手教你自制一个操作系统了，不仅如此，专栏中对于 Linux 内核也讲解得很透彻。

 

相比市面上难啃的大部头教材，这门课真的太友好了，只可惜当初没有早点遇到，不然我在学操作系统的过程中，也能少走不少弯路。

 

看过几篇后，我发现这门课除了能手把手教你实现一个自己的操作系统，还有几点也非常值得称赞：

 

 

1.“保姆级”图示+代码解析，小白也适用

 

为了方便“计算机小白”理解，快速上手实操，课程中加入了大量图示和详细的代码注释，这个体量的代码注释是非常少见的，足以看出老师的用心。

 

当然如果你是老手，也能根据课程中的提示，快速定位到关键性的核心代码。

 

摘自《操作系统实战 45讲》第9讲

Linux自旋锁和信号量实现

 

2. 边学边练，对比分析，强化理解 Linux 

 

在介绍每个内核组件实现时，都会先讲清原理，再带你基于设计理解去动手实现；然后与 Linux内核的实现做前后对比。既能边学边练，又能帮你从“上帝视角”审视 Linux 内核。

 

 

3. 配套源码，真正动手“run”起来

 

专栏中的每一讲，都会匹配可以工作的代码，传在gitee上；你可以跟着课程一步步的实现，也可以直接使用每节课提供的代码进行调试，直到最终实现一个操作系统。

 

Cosmos系统运行演示

 

整个专栏学下来，操作系统架构设计能力肯定会大幅提升，还可以学到系统级别的软件编程技巧，这对我们拓展技术深度和广度是大有裨益的。

 

在日常开发中遇到问题的时候，也就能从更多维度去解决了。当然，求职也一定会是加分项，自己动手写过操作系统，简历自然增色不少。

 

说了这么多，来看看目录吧。反正我第一眼看目录，就知道这门课绝对错不了。

 

 

很多人都觉得，学好操作系统很难，编写一个操作系统更是大佬们才能做到的事。

 

其实不然，彭东和我们一样，是一个普通人，最开始的基础也远远不如科班出身的同学。

 

你可以想象，他在学习过程中面临了怎样的困难，但这依然没有阻碍他在操作系统的海洋里乘风破浪。

 

我们又有什么理由学不好呢？

 

难者不会，会者不难，不要给自己设限，办法总比困难多。

原文：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAxNzU3NjcxOA==&mid=2650729265&idx=1&sn=7111bb6aae822e5efa347399bb085e42&chksm=83e92d50b49ea446c0283ef0c09a4e1682870147c62879bac29de64626df5e97f973463a9cd5&token=1678283687&lang=zh_CN#rd