我的操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)心得分享

說到操作系統(tǒng)，技術(shù)人誰也繞不開，我先來說說我當(dāng)初是怎么學(xué)操作系統(tǒng)的。

當(dāng)年我也有這樣的心態(tài)，在還沒開始學(xué)操作系統(tǒng)的時(shí)候，總感覺這玩意會(huì)很難，遲遲不敢邁出第一步。

這最困難的一步我還是踏出去了，我在 B 站看了清華大學(xué)和哈工大的操作系統(tǒng)課程，以及刷了操作系統(tǒng)一些經(jīng)典書籍，功夫不負(fù)有心人嘛，很快我就掌握了操作系統(tǒng)的基本理論知識(shí)。

但是可惜的是，我的功力也有限，只能從理論的方方面自己熟知操作系統(tǒng)，沒辦法從源碼的方面帶大家更深入的分享。

可能很多人覺得操作系統(tǒng)單純學(xué)個(gè)理論，很容易忘記，沒有實(shí)踐的話感覺學(xué)的好虛。

實(shí)踐才能見真知，所以最好的方式就是手?jǐn)]一個(gè)操作系統(tǒng)。

說起來容易，但是手?jǐn)]操作系統(tǒng)這件事我們真的能做到嗎？當(dāng)然可以，如果我們只是實(shí)現(xiàn)一個(gè)「微型」的操作系統(tǒng)的話，那還是可以實(shí)現(xiàn)的。

具體怎么做呢？請(qǐng)聽我娓娓道來。

都說操作系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱 OS ），是程序員的三大浪漫之一，我們經(jīng)常會(huì)用“靈魂、大腦、內(nèi)核、基石”等詞來形容它，足以見得它對(duì)計(jì)算機(jī)而言有多么重要。

對(duì)于想要學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、處理器芯片的朋友，操作系統(tǒng)應(yīng)該是必修課。

衡量學(xué)習(xí)程度的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該是能否手?jǐn)]一個(gè)簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)。

在手寫 OS 的過程中，之前遇到的很多和操作系統(tǒng)密切相關(guān)的疑難雜癥，都找到了答案。比如：

• 內(nèi)存為什么會(huì)泄漏、服務(wù)進(jìn)程為什么會(huì) dang 掉、文件為什么打不開？

• MySQL 的 IO 性能還能不能再提升？

• 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)為什么會(huì)掉線？模式靠什么技術(shù)支撐？

• Node.js 的 I/O 模型長(zhǎng)什么模樣？

除此之外，在做高性能服務(wù)端編程的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)用到內(nèi)存、進(jìn)程、線程、IO 相關(guān)的知識(shí)。

“學(xué)好操作系統(tǒng)，能直接解決你在工作中遇到的這些問題”。就這一個(gè)原因，它就已經(jīng)是每個(gè)程序員必須好好修煉的“基本功”了。

事實(shí)也確實(shí)如此，作為每個(gè)程序員必須好好修煉的“基本功”，它能直接解決我們?cè)诠ぷ髦械暮芏嘁呻y雜癥，比如做高性能服務(wù)端編程時(shí)，經(jīng)常會(huì)用到內(nèi)存、進(jìn)程、線程、IO 等相關(guān)知識(shí)。

而且，我一直認(rèn)為，花大量時(shí)間研究 OS 這些底層知識(shí)，是很有必要的，雖然短期看不到效果，但卻是從 0 到 1 必然的過程。

學(xué)懂了這些基本功，再去琢磨那些被“追捧”的流行技術(shù)啊、demo 啊，都能輕松地理解背后高級(jí)的設(shè)計(jì)，理解系統(tǒng)中的性能瓶頸。

操作系統(tǒng)作為程序員的三大浪漫之一，雖然學(xué)習(xí)的過程比較枯燥，但在實(shí)際應(yīng)用中又存在無限可能。對(duì)技術(shù)人來說，即便為此消耗了大把時(shí)光，費(fèi)盡心力，也是值得。

正如“計(jì)算機(jī)鬼才”彭東所說："生活可以一地雞毛，但操作系統(tǒng)卻是心中的光"。

彭東在操作系統(tǒng)上的成就，讓人頗為佩服，他被稱為“計(jì)算機(jī)鬼才”，是有原因的。非科班出身，卻憑借驚人的意志與熱愛，自學(xué)微機(jī)原理，編程語言，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法，翻遍了操作系統(tǒng)和硬件書籍，獨(dú)立開發(fā)了 x86 平臺(tái)下的 LMOS 和 arm 平臺(tái)下的 LMOSEM 兩個(gè)操作系統(tǒng)。

LMOS 現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)布 8 個(gè)測(cè)試版本，是多進(jìn)程、多線程、多 CPU、支持虛擬內(nèi)存的全 64 位操作系統(tǒng)內(nèi)核，代碼量足足有 10 萬多行。如此浩大的項(xiàng)目，沒點(diǎn)“程序員的浪漫”精神，想必很難堅(jiān)持下來。

他的書《深度探索嵌入式操作系統(tǒng)：從零開始設(shè)計(jì)、架構(gòu)和開發(fā)》也曾給了我很多啟發(fā)。

數(shù)十年深入研究操作系統(tǒng)，他對(duì) Linux、BSD、SunOS 等開源操作系統(tǒng)，以及 Windows 的 NT 內(nèi)核都非常熟悉，在編譯器，數(shù)據(jù)庫等基礎(chǔ)架構(gòu)方面也頗有研究。

可以說，在操作系統(tǒng)領(lǐng)域，他是當(dāng)之無愧的 KOL，非常有發(fā)言權(quán)。這條路上，會(huì)有哪些難點(diǎn)和阻礙，會(huì)踩哪些坑，他都了如指掌。

所以，想當(dāng)年聽說彭東在極客時(shí)間寫了一個(gè)《操作系統(tǒng)實(shí)戰(zhàn)45講》專欄，非常意外，當(dāng)時(shí)很多小伙伴第一時(shí)間就訂閱了。

最近又開始二刷了，再學(xué)一遍還是有很多收獲。最讓人驚喜的是，彭東把“學(xué)操作系統(tǒng)不要死看書”的主張貫穿到專欄里，通過配套實(shí)驗(yàn)帶你完成一個(gè)OS，當(dāng)你真的動(dòng)手寫了一個(gè) OS 的時(shí)候，對(duì)操作系統(tǒng)的理解會(huì)是質(zhì)的飛躍。

下圖是彭東梳理的「簡(jiǎn)化版操作系統(tǒng)知識(shí)體系」，圖中的每一小塊，都會(huì)隨著課程的進(jìn)行，逐一展開，建議先馬后看。

操作系統(tǒng)簡(jiǎn)化知識(shí)體系圖

他會(huì)帶你從 0 到 1，一步步實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于 x86 平臺(tái)的 64 位多進(jìn)程的操作系統(tǒng)—— Cosmos，你將擁有一個(gè)屬于自己的操作系統(tǒng)內(nèi)核，對(duì) Linux 內(nèi)核的理解也會(huì)更加透徹。

跟著學(xué)下來，操作系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)能力會(huì)大幅提升，還可以學(xué)到系統(tǒng)級(jí)別的軟件編程技巧，這對(duì)我們拓展技術(shù)深度和廣度是大有裨益的。

最重要的是，求職面試也會(huì)成為加分項(xiàng)，自己動(dòng)手寫過操作系統(tǒng)，真有“飄”的資本，簡(jiǎn)歷自然脫穎而出。

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記得當(dāng)時(shí)這門課程上線兩個(gè)月，訂閱量就超 10000 訂閱了，現(xiàn)在已經(jīng)將近 63000+ 人學(xué)習(xí)了，這個(gè)結(jié)果其實(shí)并不意外，畢竟，業(yè)界大牛手把手帶著寫 OS 的機(jī)會(huì)實(shí)在太難得。

在追更的同時(shí)，也不禁佩服，彭東海量的知識(shí)儲(chǔ)備和極佳的表達(dá)能力。要知道，越是底層的知識(shí)越不好講透：要用通俗易懂的語言，把復(fù)雜的操作系統(tǒng)“講”出來；要注意細(xì)節(jié)與重點(diǎn)的把握和梳理；要把復(fù)雜的內(nèi)容，交付給各個(gè)不同思想層次，不同思維方式的人。

隨便截了幾個(gè)評(píng)價(jià)，供參考：

不得不說，彭東太會(huì)講了，不僅把枯燥的原理講得明明白白，講述中還充滿魔力，吸引我們深挖下去，這門課還有幾個(gè)不得不提的特色。

1.“保姆級(jí)”圖示+代碼解析，小白也適用

為了方便“計(jì)算機(jī)小白”理解，快速上手實(shí)操，課程中加入了大量的圖示和詳細(xì)的代碼注釋，足以看出彭東的用心，也能感受到他的“內(nèi)功深厚”。

比如下面的虛擬內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，文件系統(tǒng)框架圖和進(jìn)程狀態(tài)切換流程圖等，篇幅限制，這里僅是冰山一角，專欄中還有大量圖示和知識(shí)導(dǎo)圖。

再比如，課程中的代碼示例，這個(gè)詳細(xì)程度的代碼注釋，是比較少見的。

摘自《操作系統(tǒng)實(shí)戰(zhàn) 45講》第9講

瞧一瞧-Linux的自旋鎖和信號(hào)量如何實(shí)現(xiàn)？

2. 邊學(xué)邊練，對(duì)比分析，強(qiáng)化理解 Linux

在介紹每個(gè)內(nèi)核組件實(shí)現(xiàn)時(shí)，都會(huì)先講清原理，再帶你基于設(shè)計(jì)理解去動(dòng)手實(shí)現(xiàn)；然后與 Linux內(nèi)核的實(shí)現(xiàn)做前后對(duì)比。既能邊學(xué)邊練，又能幫你從“上帝視角”審視 Linux 內(nèi)核。

3. 配套源碼，真正動(dòng)手“run”起來

專欄中的每一講，都會(huì)匹配可以工作的代碼，傳在 gitee 上；可以跟著課程一步步實(shí)現(xiàn)，也可以直接使用每節(jié)課提供的代碼進(jìn)行調(diào)試，直到最終實(shí)現(xiàn)一個(gè)操作系統(tǒng)。

實(shí)際上，動(dòng)手“run”起來，哪怕只是讀和 clone 老師的代碼，也會(huì)對(duì)操作系統(tǒng)有更深一層的理解。

Cosmos系統(tǒng)運(yùn)行演示

4. 開源計(jì)劃，新的挑戰(zhàn)

為了把課程內(nèi)容實(shí)踐得更好，最近彭東還整了個(gè)“大計(jì)劃” —— 籌備建立一個(gè)開源社區(qū)，把 Cosmos 運(yùn)作成一個(gè)開源項(xiàng)目，專欄的讀者都有望優(yōu)先成為第一批 contributer。

為拋棄歷史包袱，未來完整的 Cosmos 會(huì)同時(shí)開源系統(tǒng)和 CPU 源碼，還會(huì)考慮根據(jù)需求定制芯片。據(jù)彭東透露，他邀請(qǐng)到了非常優(yōu)秀的芯片架構(gòu)師，來根據(jù)操作系統(tǒng)架構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì) CPU，想想就很“浪漫”了！

此外，專欄讀者都可以免費(fèi)加入彭東的「操作系統(tǒng)交流群」，他經(jīng)常在群里答疑解惑，這里還有很多技術(shù)內(nèi)功深厚的大佬，相互交流探討，光看聊天記錄，都能學(xué)到不少。

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編輯小姐姐也經(jīng)常在群里出沒，鼓勵(lì)督促，可以說是伴隨式的學(xué)習(xí)了。相信大家加過的交流群不少，這個(gè)群確實(shí)非常難得，大佬云集，知識(shí)密度高，氣氛活躍，學(xué)習(xí)體驗(yàn)也很好。

說了這么多，來看看課程各章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)和精彩看點(diǎn)吧。

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都說程序員 35 歲是個(gè)坎，但其實(shí)，有坎的是不上不下、“半瓶水”的人。只要扎實(shí)基礎(chǔ)，勤修內(nèi)功，那么無論是上層開發(fā)，還是理解前沿技術(shù)，都等于加了天然 buff。

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