史上最全操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)教程

時(shí)間：2021-09-22 14:24:11

關(guān)鍵字：操作系統(tǒng)

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[導(dǎo)讀]熟悉我的讀者應(yīng)該都知道，我經(jīng)常強(qiáng)調(diào)操作系統(tǒng)才是程序員的內(nèi)功，內(nèi)功扎實(shí)后才可以修煉各種武功招式。平時(shí)我們也應(yīng)該花時(shí)間研究這些不變的東西，這些才是核心競爭力，而不要浪費(fèi)太多時(shí)間在那些經(jīng)常變化的東西上面，而且操作系統(tǒng)也是校招社招必須要掌握的知識點(diǎn)。平時(shí)寫代碼的過程中你不好奇一些問題嘛：...

熟悉我的讀者應(yīng)該都知道，我經(jīng)常強(qiáng)調(diào)操作系統(tǒng)才是程序員的內(nèi)功，內(nèi)功扎實(shí)后才可以修煉各種武功招式。平時(shí)我們也應(yīng)該花時(shí)間研究這些不變的東西，這些才是核心競爭力，而不要浪費(fèi)太多時(shí)間在那些經(jīng)常變化的東西上面，而且操作系統(tǒng)也是校招社招必須要掌握的知識點(diǎn)。

平時(shí)寫代碼的過程中你不好奇一些問題嘛：

操作系統(tǒng)如何對物理地址和虛擬地址進(jìn)行映射？
電腦開機(jī)的過程中都經(jīng)歷了什么？
操作系統(tǒng)如何進(jìn)行內(nèi)存管理？
進(jìn)程和線程在操作系統(tǒng)層面有什么區(qū)別？
起了那么多線程，操作系統(tǒng)是如何做到同時(shí)運(yùn)行的？
鎖是怎么實(shí)現(xiàn)的？
為什么wait能夠阻塞住當(dāng)前線程？
原子操作是什么實(shí)現(xiàn)的？
文件系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)的？
Linux中不是一切皆是文件嘛？Linux是怎么抽象的？

在實(shí)際工作中也確實(shí)如此，很多遇到的疑難雜癥，都和操作系統(tǒng)密切相關(guān)，比如：

內(nèi)存為什么會泄漏、服務(wù)進(jìn)程為什么會 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)為什么會掉線？模式靠什么技術(shù)支撐？
Node.js 的 I/O 模型長什么模樣？

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

“學(xué)好操作系統(tǒng)，能直接解決你在工作中遇到的問題”。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。

而且我一直認(rèn)為，花大量時(shí)間研究 OS 這些底層知識，是很有必要的，它就相當(dāng)于“指數(shù)函數(shù)”，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的設(shè)計(jì)，理解系統(tǒng)中的性能瓶頸。

不夸張地說，學(xué)懂了操作系統(tǒng)，同時(shí)具備不錯(cuò)的編程能力，找工作就很有優(yōu)勢。要知道，很多在職的工程師其實(shí)很多這里面的概念都不懂，工作多年，還得回來補(bǔ)課。

操作系統(tǒng)很難，有什么學(xué)習(xí)的 “捷徑”？

捷徑?jīng)]有，心得有一點(diǎn)。操作系統(tǒng)需要大量的知識儲備，除了要理論要體系化，更重要的是一定要實(shí)踐，當(dāng)你真的動手寫了一個(gè) OS 的時(shí)候，你對操作系統(tǒng)的理解會是質(zhì)的飛躍。

但有配套實(shí)驗(yàn)完成一個(gè) OS 的學(xué)習(xí)資料很少，極客時(shí)間的《操作系統(tǒng)實(shí)戰(zhàn) 45 講》專欄算一個(gè)，作者是計(jì)算機(jī)“鬼才”——彭東，這課上線2個(gè)月，訂閱量已經(jīng)破萬了，這個(gè)結(jié)果其實(shí)并不意外，畢竟，國內(nèi)這類實(shí)戰(zhàn)課程真的太稀缺了。

下面是彭東整理的「操作系統(tǒng)核心知識圖譜」，就出自這個(gè)專欄，建議先馬后看。

操作系統(tǒng)簡化知識體系圖

關(guān)于計(jì)算機(jī)“鬼才”彭東

彭東非科班出身，卻憑借驚人的意志和熱愛，自學(xué)微機(jī)原理，編程語言，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法，翻遍操作系統(tǒng)和硬件層相關(guān)書籍，獨(dú)立開發(fā)了 LMOS 操作系統(tǒng)。

LMOS 現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)布了 8 個(gè)測試版本，是多進(jìn)程、多線程、多 CPU、支持虛擬內(nèi)存的 x86_64 體系下的全 64 位操作系統(tǒng)內(nèi)核，代碼量已經(jīng)有 10 萬多行了。

不止于此，強(qiáng)烈的興趣促使他又開發(fā)了基于 Linux 的嵌入式操作系統(tǒng)——LMOSEM。

他還是《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)》的作者，Intel 傲騰項(xiàng)目的關(guān)鍵開發(fā)者。

數(shù)十年深入研究操作系統(tǒng)，他精通?Linux、BSD、SunOS 等開源操作系統(tǒng)內(nèi)核、熟悉Windows 的 NT 內(nèi)核，了解計(jì)算機(jī)底層技術(shù)，在編譯器，數(shù)據(jù)庫等基礎(chǔ)架構(gòu)方面也頗有研究。

可以說彭東非常了解，在操作系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過程中，有哪些難點(diǎn)和阻礙，會踩哪些坑。其實(shí)，當(dāng)我知道他要出專欄時(shí)，非常驚訝，早在專欄在上線前，我就迫不及待地從運(yùn)營同學(xué)那里要樣章來看了，確實(shí)讓我很驚喜。

總結(jié)來說，他會帶著你，一步步實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于 x86 平臺的 64 位多進(jìn)程的操作系統(tǒng)——Cosmos，這真是從 0 到 1，手把手教你自制一個(gè)操作系統(tǒng)了，不僅如此，專欄中對于 Linux 內(nèi)核也講解得很透徹。

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相比市面上難啃的大部頭教材，這門課真的太友好了，除了能手把手教你實(shí)現(xiàn)一個(gè)自己的操作系統(tǒng)，還有幾點(diǎn)也非常值得稱贊：

1.“保姆級”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，課程中加入了大量圖示和詳細(xì)的代碼注釋，這個(gè)體量的代碼注釋是非常少見的，足以看出老師的用心。

當(dāng)然如果你是老手，也能根據(jù)課程中的提示，快速定位到關(guān)鍵性的核心代碼。

摘自《操作系統(tǒng)實(shí)戰(zhàn) 45講》第9講

瞧一瞧-Linux的自旋鎖和信號量如何實(shí)現(xiàn)？

2.?邊學(xué)邊練，對比分析，強(qiáng)化理解 Linux?

在介紹每個(gè)內(nèi)核組件實(shí)現(xiàn)時(shí)，都會先講清原理，再帶你基于設(shè)計(jì)理解去動手實(shí)現(xiàn)；然后與 Linux內(nèi)核的實(shí)現(xiàn)做前后對比。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，真正動手“run”起來

專欄中的每一講，都會匹配可以工作的代碼，傳在gitee上；你可以跟著課程一步步的實(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)。

Cosmos系統(tǒng)運(yùn)行演示

整個(gè)專欄學(xué)下來，操作系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)能力肯定會大幅提升，還可以學(xué)到系統(tǒng)級別的軟件編程技巧，這對我們拓展技術(shù)深度和廣度是大有裨益的。

在日常開發(fā)中遇到問題的時(shí)候，也就能從更多維度去解決了。當(dāng)然，求職也一定會是加分項(xiàng)，自己動手寫過操作系統(tǒng)，簡歷自然增色不少。

還有一點(diǎn)，不得不提，所有專欄的讀者，都可以免費(fèi)加入?LMOS（作者彭東）建立的「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，大家互相監(jiān)督，共同探討，學(xué)習(xí)進(jìn)步，是個(gè)難得的氛圍活躍又有價(jià)值的群。

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說了這么多，來看看目錄吧。反正我第一眼看目錄，就知道這門課絕對錯(cuò)不了。

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很多人都覺得，學(xué)好操作系統(tǒng)很難，編寫一個(gè)操作系統(tǒng)更是大佬們才能做到的事。

其實(shí)不然，彭東和我們一樣，是一個(gè)普通人，最開始的基礎(chǔ)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如科班出身的同學(xué)。