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          從零開始,深度探索嵌入式操作系統(tǒng)

          共 3084字,需瀏覽 7分鐘

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          2021-09-27 08:12

          “操作系統(tǒng)”作為所有軟件的基礎(chǔ),是計(jì)算機(jī)王國(guó)的掌舵者。我們常用“靈魂、大腦、內(nèi)核、基石”等詞來(lái)形容它,足以見得它對(duì)計(jì)算機(jī)而言有多么重要。

           
          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(guò)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。
           
          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(wú)聊,卻又存在無(wú)限可能。對(duì)技術(shù)人來(lái)說(shuō),即便為此消耗了大把時(shí)光,費(fèi)盡心力,也是值得。
           
          正如我的偶像“計(jì)算機(jī)鬼才”彭東所說(shuō):"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(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(yǔ)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(wàn)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(lái)
           
          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(kù)等基礎(chǔ)架構(gòu)方面也頗有研究。
           
          可以說(shuō),在操作系統(tǒng)領(lǐng)域,他是當(dāng)之無(wú)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,當(dāng)我聽說(shuō)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,第一時(shí)間就訂閱了。讓我很驚喜的是,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(guò)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(lái),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(guò)操作系統(tǒng),真有“飄”的資本,簡(jiǎn)歷自然脫穎而出。
           

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          這門課程上線兩個(gè)月,訂閱量就已經(jīng)超 10000 訂閱了,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。
           
          我在追更的同時(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(yǔ)言,把復(fù)雜的操作系統(tǒng)“講”出來(lái);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(shuō),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(lái)
           
          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(lái),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)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(lái)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(lái)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。
           
           
          訂閱后在課程詳情頁(yè),點(diǎn)擊鏈接即可入群
           
          編輯小姐姐也經(jīng)常在群里出沒,鼓勵(lì)督促,可以說(shuō)是伴隨式的學(xué)習(xí)了,我加過(guò)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(shuō)了這么多,來(lái)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(shuō)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(wú)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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