趣谈Linux操作系统
刘超
网易杭州研究院云计算技术部首席架构师
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已完结 72 讲
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入门准备篇 (3讲)
开篇词 | 为什么要学习Linux操作系统?
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01 | 入学测验:你究竟对Linux操作系统了解多少?
02 | 学习路径:爬过这六个陡坡,你就能对Linux了如指掌
核心原理篇:第一部分 Linux操作系统综述 (3讲)
03 | 你可以把Linux内核当成一家软件外包公司的老板
04 | 快速上手几个Linux命令:每家公司都有自己的黑话
05 | 学会几个系统调用:咱们公司能接哪些类型的项目?
核心原理篇:第二部分 系统初始化 (4讲)
06 | x86架构:有了开放的架构,才能打造开放的营商环境
07 | 从BIOS到bootloader:创业伊始,有活儿老板自己上
08 | 内核初始化:生意做大了就得成立公司
09 | 系统调用:公司成立好了就要开始接项目
核心原理篇:第三部分 进程管理 (10讲)
10 | 进程:公司接这么多项目,如何管?
11 | 线程:如何让复杂的项目并行执行?
12 | 进程数据结构(上):项目多了就需要项目管理系统
13 | 进程数据结构(中):项目多了就需要项目管理系统
14 | 进程数据结构(下):项目多了就需要项目管理系统
15 | 调度(上):如何制定项目管理流程?
16 | 调度(中):主动调度是如何发生的?
17 | 调度(下):抢占式调度是如何发生的?
18 | 进程的创建:如何发起一个新项目?
19 | 线程的创建:如何执行一个新子项目?
核心原理篇:第四部分 内存管理 (7讲)
20 | 内存管理(上):为客户保密,规划进程内存空间布局
21 | 内存管理(下):为客户保密,项目组独享会议室封闭开发
22 | 进程空间管理:项目组还可以自行布置会议室
23 | 物理内存管理(上):会议室管理员如何分配会议室?
24 | 物理内存管理(下):会议室管理员如何分配会议室?
25 | 用户态内存映射:如何找到正确的会议室?
26 | 内核态内存映射:如何找到正确的会议室?
核心原理篇:第五部分 文件系统 (4讲)
27 | 文件系统:项目成果要归档,我们就需要档案库
28 | 硬盘文件系统:如何最合理地组织档案库的文档?
29 | 虚拟文件系统:文件多了就需要档案管理系统
30 | 文件缓存:常用文档应该放在触手可得的地方
核心原理篇:第六部分 输入输出系统 (5讲)
31 | 输入与输出:如何建立售前售后生态体系?
32 | 字符设备(上):如何建立直销模式?
33 | 字符设备(下):如何建立直销模式?
34 | 块设备(上):如何建立代理商销售模式?
35 | 块设备(下):如何建立代理商销售模式?
核心原理篇:第七部分 进程间通信 (7讲)
36 | 进程间通信:遇到大项目需要项目组之间的合作才行
37 | 信号(上):项目组A完成了,如何及时通知项目组B?
38 | 信号(下):项目组A完成了,如何及时通知项目组B?
39 | 管道:项目组A完成了,如何交接给项目组B?
40 | IPC(上):不同项目组之间抢资源,如何协调?
41 | IPC(中):不同项目组之间抢资源,如何协调?
42 | IPC(下):不同项目组之间抢资源,如何协调?
核心原理篇:第八部分 网络系统 (7讲)
43 预习 | Socket通信之网络协议基本原理
43 | Socket通信:遇上特大项目,要学会和其他公司合作
44 | Socket内核数据结构:如何成立特大项目合作部?
45 | 发送网络包(上):如何表达我们想让合作伙伴做什么?
46 | 发送网络包(下):如何表达我们想让合作伙伴做什么?
47 | 接收网络包(上):如何搞明白合作伙伴让我们做什么?
48 | 接收网络包(下):如何搞明白合作伙伴让我们做什么?
核心原理篇:第九部分 虚拟化 (7讲)
49 | 虚拟机:如何成立子公司,让公司变集团?
50 | 计算虚拟化之CPU(上):如何复用集团的人力资源?
51 | 计算虚拟化之CPU(下):如何复用集团的人力资源?
52 | 计算虚拟化之内存:如何建立独立的办公室?
53 | 存储虚拟化(上):如何建立自己保管的单独档案库?
54 | 存储虚拟化(下):如何建立自己保管的单独档案库?
55 | 网络虚拟化:如何成立独立的合作部?
核心原理篇:第十部分 容器化 (4讲)
56 | 容器:大公司为保持创新,鼓励内部创业
57 | Namespace技术:内部创业公司应该独立运营
58 | CGroup技术:内部创业公司应该独立核算成本
59 | 数据中心操作系统:上市敲钟
实战串讲篇 (9讲)
60 | 搭建操作系统实验环境(上):授人以鱼不如授人以渔
61 | 搭建操作系统实验环境(下):授人以鱼不如授人以渔
62 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(一)
63 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(二)
64 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(三)
65 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(四)
66 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(五)
67 | 期末测试:这些操作系统问题,你真的掌握了吗?
结束语 | 永远别轻视任何技术,也永远别轻视自己
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专栏加餐 (2讲)
学习攻略(一):学好操作系统,需要掌握哪些前置知识?
“趣谈Linux操作系统”食用指南
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趣谈Linux操作系统
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开篇词 | 为什么要学习Linux操作系统?

刘超 2019-03-25
00:00
09:57
讲述:刘超 大小:9.13M
你好,我是你的老朋友刘超。在“趣谈网络协议”结课半年之后,我又给你带来了一个新的基础课程,“趣谈 Linux 操作系统”。
在“趣谈网络协议”的开篇词中,我表达了作为一个合格的 IT 工程师,在职业生涯中学习基础知识的重要性。如果说当时,我对这件事只是一种感性认识,在专栏推出之后,我的想法有了一些变化。
我通过留言区和同学们进行了很多互动,也和其他做基础知识专栏的作者有了不少交流,我发现,无论是从个人的职业发展角度,还是从公司招聘候选人的角度来看,扎实的基础知识是很多人的诉求。这让我更加坚信,我应该在“趣谈”基础知识这条道路上走下去。
目前极客时间的专栏,覆盖了网络、算法、数学、数据库、编程语言等各个方面,而操作系统也是基础中非常重要的一环。尤其我作为一名云架构师,Linux 操作系统的基础知识更是必不可少的。在实践中收获了很多心得之后,我希望在极客时间继续跟你分享。
你可能会说,我们大学里上过操作系统的课,而且每天都在用操作系统,为什么还要专门学一遍呢?尽管我的操作系统课成绩不错,但是在大学的时候,我和你的看法一样,我觉得这门课没有什么用,现在回想起来可能有这样几个原因。
第一,大学里普遍使用的操作系统是 Windows,老师大多也用 Windows。Windows 的优势是界面友好,很容易上手,于是我们就养成了要配置东西了就去菜单找,用鼠标点点的习惯,似乎会攒电脑、装系统、配软件就能搞定一切问题。
第二,一种操作系统对应的是一系列的软件生态,而大学里很多课程都是围绕 Windows 软件生态展开的。例如学 C++ 用的是 Vistual Studio,学数据库用的是 SQL Server,做网站用的是 IIS 等等。
第三,大学里的操作系统课往往都是纯讲理论,讲了很多原理,但是压根儿没法和平时用的 Windows 系统的行为关联起来,也根本弄不清操作系统在底层到底是怎么做的。
直到毕业之后,我加入 EMC,第一个项目就是基于 Linux 开发分布式文件系统。你能想象,只能对着一个黑框敲命令时,我心中的崩溃吗?我那时真的觉得,我大学的操作系统算是白学了。于是,我痛定思痛,开启了学习 Linux 的征程。
一旦开始学,我发现,Linux 对于编程世界来说,简直就像一扇门。尽管门里的知识浩如烟海,每一本书都厚如砖头,但我发现这条路上任何一片景色都精彩无比。

打开 Linux 操作系统这扇门,你才是合格的软件工程师

根据 2018 年 W3Techs 的数据统计,对于服务器端,Unix-Like OS 占的比例近 70%,其中 Linux 可以称得上是中流砥柱。随着移动互联网的发展,客户端基本上以 Android 和 iOS 为主。Android 是基于 Linux 内核的,因而客户端也进入了 Linux 阵营。可以说,在编程世界中,Linux 就是主流,不会 Linux 你就会格格不入。
那些火得不行的技术,什么云计算、虚拟化、容器、大数据、人工智能,几乎都是基于 Linux 技术的。那些牛得不行的系统,团购、电商、打车、快递,都是部署在服务端,也几乎都是基于 Linux 技术的。
所以说,如果你想进大公司,想学新技术,Linux 一定是一道绕不过去的坎。只有进入 Linux 操作系统这扇门,你才能成为合格的软件工程师。

研究 Linux 内核代码,你能学到数据结构与设计模式的落地实践

Linux 最大的优点就是开源。作为程序员,有了代码,啥都好办了。只要有足够的耐心,我们就可以一层一层看下去,看内核调度函数,看内存分配过程。理论理解起来不容易,但是一行行的“if-else”却不会产生歧义。
在 Linux 内核里,你会看到数据结构和算法的经典使用案例;你甚至还会看到并发情况下的保护这种复杂场景;在实践中遇到问题的时候,你可以直接参考内核中的实现。
例如,平时看起来最简单的文件操作,通过阅读 Linux 代码,你能学到从应用层、系统调用层、进程文件操作抽象层、虚拟文件系统层、具体文件系统层、缓存层、设备 I/O 层的完美分层机制,尤其是虚拟文件系统对于接入多种类型文件系统的抽象设计,在很多复杂的系统里面,这个思想都能用得上。
再如,当你写代码的时候,大部分情况下都可以使用现成的数据结构和算法库,但是有些场景对于内存的使用需要限制到很小,对于搜索的时间需要限制到很小的时候,我们需要定制化一些数据结构,这个时候内核里面这些实现就很有参考意义了。

了解 Linux 操作系统生态,能让你事半功倍地学会新技术

Linux 是一个生态,里面丰富多彩。很多大牛都是基于 Linux 来开发各种各样的软件。可以这么说,只要你能想象到的技术领域,几乎都能在里面找到 Linux 的身影。
数据库 MySQL、PostgreSQL,消息队列 RabbitMQ、Kafka,大数据 Hadoop、Spark,虚拟化 KVM、Openvswitch,容器 Kubernetes、Docker,这些软件都会默认提供 Linux 下的安装、使用、运维手册,都会默认先适配 Linux。
因此,在 Linux 环境下,很容易能够找到现成的工具,这不仅会让你的工作事半功倍,还能让你有亲密接触大牛思想的机会,这对于你个人的技术进步和职业发展都非常有益。
如果不进入 Linux 世界,你恐怕很难享受到开源软件如此多的红利。
考虑到以上这些,在设计“趣谈 Linux 操作系统”专栏的时候,我主要秉承两大原则,希望能够帮你打开 Linux 操作系统这扇门。
第一个原则仍然是“趣谈”。我希望通过故事化的方式,将枯燥的基础知识结合某个场景,给你生动、具象地讲述出来,帮你加深理解、巩固记忆、夯实基础。
操作系统是干什么的呢?我们都知道,一台物理机上有很多硬件,最重要的就是 CPU、内存、硬盘、网络。同时,一台物理机上也要跑很多程序,这些资源应该给谁用呢?当然是大家轮着用,谁也别独占,谁也别饿着。为了完成资源分配这件事,操作系统承担了一个“大管家”的作用。它将硬件资源分配给不同的用户程序使用,并且在适当的时间将这些资源拿回来,再分配给其他的用户进程。
鉴于操作系统这个“大管家”的角色,我设计了一个故事,将各个知识点串起来,来帮助你理解和记忆。
假设,我们现在就是在做一家外包公司,我们的目标是把这家公司做上市。其中,操作系统就是这家外包公司的老板。我们把这家公司的发展阶段分为这样几个时期:
初创期:这个老板基于开放的营商环境(x86 体系结构),创办一家外包公司(系统的启动)。因为一开始没有其他员工,老板需要亲自接项目(实模式)。
发展期:公司慢慢做大,项目越接越多(保护模式多进程),为了管理各个外包项目,建立了项目管理体系(进程管理)、会议室管理体系(内存管理)、文档资料管理系统(文件系统)、售前售后体系(输入输出设备管理)。
壮大期:公司越来越牛,开始促进内部项目的合作(进程间通信)和外部公司合作(网络通信)。
集团化:公司的业务越来越多,会成立多家子公司(虚拟化),或者鼓励内部创业(容器化),这个时候公司就变成了集团。大管家的调度能力不再局限于一家公司,而是集团公司(Linux 集群),从而成功上市(从单机操作系统到数据中心操作系统)。
第二个原则就是图解。Linux 操作系统中的概念非常多,数据结构也很多,流程也复杂,一般人在学习的过程中很容易迷路。所谓“一图胜千言”,我希望能够通过图的方式,将这些复杂的概念、数据结构、流程表现出来,争取用一张图串起一篇文章的知识点。最终,整个专栏下来,你如果能把这些图都掌握了,你的知识就会形成体系和连接。在此基础上再进行深入学习,就会如鱼得水、易如反掌。
例如,这张图就表示了文件操作在各个层的数据结构的关联。只要你学完之后,能对着这张图将它们之间的关系讲清楚,对于文件系统的部分,你就会了然于心了。
一段新的征途即将开始,今天就是“开学典礼”。从今天开始,在接下来的四个月时间里,我会带你一步一步进入 Linux 操作系统的大门,让基础变成你技术生涯的左膀右臂。
在开始正式学习之前,我也想听你讲讲,之前你在学习和工作过程中,遇到过哪些操作系统相关的问题,有哪些困惑,又有哪些经验,也可以谈谈你对新学期的期许。
欢迎在留言区和我分享。
Linux 知识地图 2.0 典藏版,现货发售 2000 份,把 5 米长的图谱装进背包,1 分钟定位 80% 的高频问题。
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精选留言(243)

  • 置顶
    刘老师,看您这个专栏需要什么基础呢?

    作者回复: 要会基本的程序开发就可以

    2019-03-25
    24
  • 无名 置顶
    我想问一下这个图是使用什么工具绘制的?

    编辑回复: draw.io

    2019-03-26
    1
    10
  • W.jyao 置顶
    麻烦问下老师,几天一更?

    编辑回复: 每周一三五更新

    2019-03-25
    9
  • Loens迟暮 置顶
    也没有编程基础,是不是不适合学?

    作者回复: 里面有代码的分析,没有编程基础有点难办,不过不需要你是C的专家,基本的代码还是挺好理解的

    2019-03-25
    7
  • Stubborn 置顶
    我是一个没有计算机基础的学生,这个对我来讲,容易上手嘛?老师

    作者回复: 有基本的编程语言基础就行

    2019-03-25
    6
  • iron_man
    看过刘超老师的趣谈网络,收获蛮多
    对于操作系统,我看了下老师的课程目录,下面的一些内容可能没有,希望刘超老师可以讲到以下内容
    1.信号在内核中的实现,如何在进程间传递
    2.epoll 在linux中的实现
    3.进程组的概念,前台进程,后台进程
    4.系统调用中,同步,异步,阻塞,非阻塞的严格定义
    5.linux系统中可重入的api和非可重入的api的区别,以及使用说明
    6.多线程程序中,对于linux系统api调用需要使用可重入的接口吗,不是的话哪些需要呢
    7.linux 多线程的实现
    8.linux中经典的一些并发处理
    2019-03-25
    66
  • 都是弟弟
    刘超老师是我最喜欢的老师 没有之一 哈哈哈哈哈
    2019-03-25
    21
  • fumeck.com🍋🌴summer sk...
    网络基础、数据结构与算法、操作系统这些基础,真的很重要。。所有的抽象都是基于这些进行封装的,所以学懂他们理解概念与理论很重要。所有的技术与编程语言都是基于此,后面学习其他新技术都是事半功倍。一定要跟上

    作者回复: 对的

    2019-03-25
    11
  • 101010 == 42
    作为服务器开发,对刘超老师的话深有同感。因为对Linux缺乏一个系统的学习,遇到很多问题都都只能傻眼,问别人、百度谷歌一下吧,又发现其实是最简单的原理问题。买过《深入理解操作系统》,一大厚本没看得下去。。买过《Linux内核分析》一类的书,满满的内核C语言实现,确实又太“硬核”了一些。。通过学《Linux性能优化专栏》,对CPU上下文切换、平均负载、各种I/O有了进一步的理解,不过,还迫切需要知道进程调度、进程相关的知识,以及最最头疼的网络知识,socket通信和网络包的具体实现,急需拯救!

    作者回复: 会有这方面的分析

    2019-03-25
    10
  • HunterYuan
    操作系统,期待已久啦,瞬间订阅。超哥的《趣谈网络协议》已学习完毕,幽默风趣的讲解,收获颇多,感谢感谢。有超哥的陪伴,希望自己在虚拟化网络开发的路上有进一步的提升。值得推荐,给超哥点赞。
    2019-03-25
    8
  • 星光
    记忆深刻的是考试前几天把操作系统中的页面置换算法和银行家算法的流程写满了一黑板,考完试就忘光了。现在工作是在Linux系统上做开发,希望可以跟着老师认真系统学习下!

    作者回复: 我当时也是

    2019-03-25
    6
  • Alexdown
    我很期待,最近在研究Goroutine及其调度。遇到瓶颈,回头补基础找遍经典OS教材也只有进程、线程理论层面的介绍,缺少协程介绍。即使是线程,也没有描述用户级线程到底是如何映射到内核级线程,如何委托内核级线程执行等等一系列问题,希望和老师及同学们讨教。◕‿◕。

    作者回复: 这要看go的教程了

    2019-03-25
    6
  • MJ
    开始之前,老师推荐几本伴随专栏学习的书籍吧。毕竟更新有点慢啊

    作者回复: 最后有参考书

    2019-03-25
    6
  • 齐红飞
    我是一名java开发者,昨天遇到一个问题,一个线程跑着跑着就没了。我目前感触是,我在Linux上只会看spring等应用的日志,我觉得线程没了肯定是报错了,但是我的日志就是没有找到报错。后来和运维询问,大概是说内存不足导致的。我的问题是,像内存不足的报错,我能在操作系统的什么地方看到系统级别的日志吗?

    作者回复: syslog

    2019-03-31
    5
  • 风声是棵树
    老师,作为网工,对编程了解的不多,这门课能看懂吗?

    作者回复: 学一下就知道啦

    2019-03-25
    5
  • 珠闪闪
    刘老师,能想到用外包公司上市这个例子将linux操作系统串起来,真的太厉害了,能看出来刘老师对操作系统的深刻理解。希望跟着老师能对操作系统有更深入的理解,从而不再被开发和分析方案中因为操作系统知识缺失而羁绊,浪费宝贵时间查找资料。而且老师真心赞的是给订阅过《趣谈网络协议》的同学减免10元,真心点赞,鸡冻~

    作者回复: 想了好久

    2019-03-27
    4
  • Geek_540e1b
    从事嵌入式领域,主要是RTOS,但是对linux也非常感兴趣,以后如果可以从事linux相关开发工作会非常开心,技术的都是相通的,希望学习了这个课程,会让自己的知识构架更加清晰,把以前会的重新整理,接下来学的也可以安排的井井有条!!!
    2019-03-26
    4
  • 无忧肉肉
    现在在学习刘老师的《趣谈网络协议》,看到刘老师又新开的专栏,毫不犹豫就上车了。
    2019-03-25
    4
  • 李小四
    Linux_00:
    技术人员有很多重要不紧急的事情做,比如基础知识的学习,基础知识中Linux又是绕不过的风景。
    作为Android开发工程师,在学习张绍文老师的课程中时,讲到了Systrace监控工具并不是什么新东西,因为它直接使用了Linux的ftrace和ptrace,那一刻我意识到,重要不紧急的事情不做,未来我会淹没在紧急不重要的事情中。。。
    Linux,我来了,
    期待看到更多的智慧
    2019-10-06
    3
  • Not Null
    还是不理解实模式

    作者回复: 不能跑多个程序,只能跑一个程序,如果学过汇编,很多写的很简单的加法程序都是实模式下的,也即不能同时跑两个加法程序

    2019-06-09
    3
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