从操作系统原理角度讲述服务器技术（附赠书）

Posted 2021-08-03 ybhuangfugui

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来源 | 博文视点

技术快速发展的今天，几乎离不开服务器，今天来讲讲C/C++、操作系统、后端开发等与服务器开发相关的内容，顺便文末送一些书籍。

C/C++当前的应用领域

C++在传统上很强势的领域中依然具有统治地位，譬如服务器端开发、游戏开发、嵌入式软件开发、基础设施和超大型软件应用领域。

1. 我们目前见到的各种桌面应用软件，尤其是Windows桌面软件，例如QQ、安全类杀毒类软件、浏览器等。

2. 一些基础软件和高级语言的运行时环境，例如大型数据库软件、Java虚拟机、C#的CLR、Python编译器和运行时环境等。

3. 业务型应用软件的后台，例如大型网络游戏的服务端和一些企业内部的应用系统等。

通常情况下，我们可以将C++看作C语言的一个超集。C++虽然从功能层面来看，离C语言越来越“远”，但从语法层面来看，其大多数语法与C语言基本一致。对于C++面向对象的特性，如果仔细探究的话，我们会发现C++类方法的具体语法还是C语言的过程式语法，虽然这种现状正在不断改变。

C语言目前主要用于操作系统类偏底层的应用开发，比如Windows、Linux这样的大型商业操作系统，以及嵌入式操作系统、嵌入式设备。有些开源软件也会选择C语言进行开发，主要是考虑程序执行效率和生成的可执行文件的体积（C代码生成的可执行文件体积相对较小），当然，其中不乏一些历史技术选型的原因，比如Redis、libevent、nginx等。

在将高级语言翻译成机器二进制码时，C++编译器生成了大量的额外机器码，而这种机器码相对于C语言来说不是必需的。例如，对于一个C++类的实例方法，编译器在生成这个方法的机器码时，会将函数的第1个参数设置为对象的this指针地址，以此来实现对象与函数的绑定。正因如此，许多开发者都会优化和调整编译器生成的汇编代码。 

ROM的发展

虽然Java、Python等的SDK或运行时环境最终也会调用操作系统API，但其自带的SDK或者运行时环境都提供了常见的操作系统功能。而C++的运行时环境一般是操作系统自身，因此C++是离操作系统更近的一种编程语言，执行效率更高。

但是，C++的整套语法不具备“功能完备性”，在大多数情况下，单纯地使用其本身提供的功能无法创建出任何有意义的程序，还必须借助操作系统API来实现。例如，C++本身不直接提供网络通信功能的SDK，必须借助操作系统提供的套接字API才能实现网络通信；而对于Java来说，JDK自带的java.net、java.io等包则提供了完整的网络通信功能。

所以，熟悉操作系统相关原理和API是用好C++的前提，这也是C++难学、对新手不友好的主要原因之一。

不过，随着C++标准和版本的不断迭代，这种现状正在改变：在C++标准库中引入了越来越多的功能，避免直接调用操作系统API。

不管怎样，应用直接使用操作系统API，程序执行效率高，控制力度大，开发能力仅仅限制于操作系统本身，这是 C++的优势之一。比如对于 Java，假设操作系统提供了某个功能，但Java虚拟机不提供该功能，则开发人员也无法使用该功能。

编程大师Charles Petzold曾说过，操作系统是一个非常复杂的系统，在API之上加一层编程语言并不能消除其复杂性，最多将复杂性隐藏起来而已，而懂得系统API能让我们更快地挣脱困境。 

如何学好C++和后端开发

学好 C/C++ 体系的技术栈必须结合操作系统的运行机制来学习。展开来说，就是你必须掌握操作系统层面的几大基础知识：

• 第一个基础知识是汇编。

• 第二个基础知识是编译、链接与运行时体系知识。

• 第三个基础知识是狭义的操作系统原理。

• 第四个基础知识是多线程知识。

• 第五个是网络编程，直白地说就是 Socket 编程。

首先，应该打好基础。我们要熟练使用C++，还要结合具体的操作系统学习C++，熟悉某操作系统的API函数，以及与系统API关联的各类技术，比如各种进程与线程函数、多线程资源同步函数、文件操作函数、系统时间函数、内存分配与管理函数、网络编程、PE或ELF文件的编译、链接原理等。

如果已打好基础，就可以找一些高质量的开源项目去实战。最好找一些没有复杂业务的开源项目，或者是自己熟悉其业务的开源项目（如IM系统）。如果不熟悉其业务，那么不但要学习其业务（软件功能），还要学习其源码，最终两者难以兼顾。

因此，在学习这些项目之前，应该先确定自己的学习目的。如果学习目的是学习和借鉴这款软件的架构设计，那么建议先进行整体把握，不要一开始就迷失在细枝末节中，这叫作“粗读”。如果学习目的是学习开源软件在一些细节上的处理方法，那么可以有针对性地阅读自己感兴趣的模块，深入每一行代码。当然，学习适合自己当前阶段的项目源码才是最好的。

学习的过程一般是接触、熟悉、模仿、创造。不管对什么开源项目，在没有任何思路或者解决方案时，我们都应该先接触、熟悉、不断模仿，做到至少心中有一套对某场景的解决方案，再来谈创新、批判及改造。

总之，C++是一门讲究深度的编程语言，其“深度”不体现在掌握多少C++语法，而在于是否熟悉所写的C++代码背后的系统原理，这是需要长期积累的，当然，一旦学成，就可以快速学习其他编程语言和框架。

推荐书籍

说了这么多，再给大家推荐一本学习C++的新书《C++ 服务器开发精髓》，作者是有着多年高性能高并发服务开发经验的张远龙老师。

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