從零開始，深度探索嵌入式操作系統(tǒng)

時間：2021-09-23 16:04:34

關鍵字：嵌入式操作系統(tǒng)

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[導讀]“操作系統(tǒng)”作為所有軟件的基礎，是計算機王國的掌舵者。我們常用“靈魂、大腦、內(nèi)核、基石”等詞來形容它，足以見得它對計算機而言有多么重要。?事實也確實如此，作為每個程序員必須好好修煉的“基本功”，它能直接解決我們在工作中的很多疑難雜癥，比如做高性能服務端編程時，經(jīng)常會用到內(nèi)存、進程...

“操作系統(tǒng)”作為所有軟件的基礎，是計算機王國的掌舵者。我們常用“靈魂、大腦、內(nèi)核、基石”等詞來形容它，足以見得它對計算機而言有多么重要。

事實也確實如此，作為每個程序員必須好好修煉的“基本功”，它能直接解決我們在工作中的很多疑難雜癥，比如做高性能服務端編程時，經(jīng)常會用到內(nèi)存、進程、線程、IO 等相關知識。而且，我一直認為，花大量時間研究 OS 這些底層知識，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。學懂了這些基本功，再去琢磨那些被“追捧”的流行技術啊、demo 啊，都能輕松地理解背后高級的設計，理解系統(tǒng)中的性能瓶頸。我也很喜歡研究操作系統(tǒng)，作為程序員的三大浪漫之一，它雖然枯燥無聊，卻又存在無限可能。對技術人來說，即便為此消耗了大把時光，費盡心力，也是值得。正如我的偶像“計算機鬼才”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，讓我頗為佩服，他被稱為“計算機鬼才”，是有原因的。非科班出身，卻憑借驚人的意志與熱愛，自學微機原理，編程語言，數(shù)據(jù)結構與算法，翻遍了操作系統(tǒng)和硬件書籍，獨立開發(fā)了 x86 平臺下的 LMOS 和 arm 平臺下的 LMOSEM 兩個操作系統(tǒng)。 LMOS 現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)布 8 個測試版本，是多進程、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。如此浩大的項目，沒點“程序員的浪漫”精神，想必很難堅持下來。 他的書《深度探索嵌入式操作系統(tǒng)：從零開始設計、架構和開發(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 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)庫等基礎架構方面也頗有研究。可以說，在操作系統(tǒng)領域，他是當之無愧的 KOL，非常有發(fā)言權。這條路上，會有哪些難點和阻礙，會踩哪些坑，他都了如指掌。所以，當我聽說彭東在極客時間寫了一個《操作系統(tǒng)實戰(zhàn)45講》專欄，非常意外，第一時間就訂閱了。讓我很驚喜的是，彭東把“學操作系統(tǒng)不要死看書”的主張貫穿到專欄里，通過配套實驗帶你完成一個 OS，當你真的動手寫了一個 OS 的時候，對操作系統(tǒng)的理解會是質(zhì)的飛躍。下圖是彭東梳理的「簡化版操作系統(tǒng)知識體系」，圖中的每一小塊，都會隨著課程的進行，逐一展開，建議先馬后看。操作系統(tǒng)簡化知識體系圖他會帶你從 0 到 1，一步步實現(xiàn)一個基于 x86 平臺的 64 位多進程的操作系統(tǒng)—— Cosmos，你將擁有一個屬于自己的操作系統(tǒng)內(nèi)核，對 Linux 內(nèi)核的理解也會更加透徹。跟著學下來，操作系統(tǒng)架構設計能力會大幅提升，還可以學到系統(tǒng)級別的軟件編程技巧，這對我們拓展技術深度和廣度是大有裨益的。 最重要的是，求職面試也會成為加分項，自己動手寫過操作系統(tǒng)，真有“飄”的資本，簡歷自然脫穎而出。

這個結果其實并不意外，畢竟，業(yè)界大牛手把手帶著寫 OS 的機會實在太難得。我在追更的同時，也不禁佩服，彭東海量的知識儲備和極佳的表達能力。要知道，越是底層的知識越不好講透：要用通俗易懂的語言，把復雜的操作系統(tǒng)“講”出來；要注意細節(jié)與重點的把握和梳理；要把復雜的內(nèi)容，交付給各個不同思想層次，不同思維方式的人。隨便截了幾個評價，供參考：不得不說，彭東太會講了，不僅把枯燥的原理講得明明白白，講述中還充滿魔力，吸引我深挖下去，這門課還有幾個不得不提的特色。 1.“保姆級”圖示代碼解析，小白也適用 為了方便“計算機小白”理解，快速上手實操，課程中加入了大量的圖示和詳細的代碼注釋，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)結構設計圖，計算機結構示意圖，文件系統(tǒng)框架圖和進程狀態(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導圖。再比如，課程中的代碼示例，這個詳細程度的代碼注釋，是比較少見的。摘自《操作系統(tǒng)實戰(zhàn) 45講》第9講瞧一瞧-Linux的自旋鎖和信號量如何實現(xiàn)？ 2. 邊學邊練，對比分析，強化理解 Linux 在介紹每個內(nèi)核組件實現(xiàn)時，都會先講清原理，再帶你基于設計理解去動手實現(xiàn)；然后與 Linux內(nèi)核的實現(xiàn)做前后對比。既能邊學邊練，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；可以跟著課程一步步實現(xiàn)，也可以直接使用每節(jié)課提供的代碼進行調(diào)試，直到最終實現(xiàn)一個操作系統(tǒng)。實際上，動手“run”起來，哪怕只是讀和 clone 老師的代碼，也會對操作系統(tǒng)有更深一層的理解。 Cosmos系統(tǒng)運行演示 4. 開源計劃，新的挑戰(zhàn) 為了把課程內(nèi)容實踐得更好，最近彭東還整了個“大計劃” —— 籌備建立一個開源社區(qū)，把 Cosmos 運作成一個開源項目，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 會同時開源系統(tǒng)和 CPU 源碼，還會考慮根據(jù)需求定制芯片。據(jù)彭東透露，他邀請到了非常優(yōu)秀的芯片架構師，來根據(jù)操作系統(tǒng)架構特點設計 CPU，想想就很“浪漫”了！此外，專欄讀者都可以免費加入彭東的「操作系統(tǒng)交流群」，他經(jīng)常在群里答疑解惑，這里還有很多技術內(nèi)功深厚的大佬，相互交流探討，光看聊天記錄，都能學到不少。