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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03 | 你可以把Linux内核当成一家软件外包公司的老板

刘超 2019-04-01
在平时的生活中,我们几乎时时刻刻都在使用操作系统,只是大部分时间你都意识不到它的存在。比如你买了一部手机或者一台平板电脑,立马就能上手使用,这是因为它们里面都预先安装了操作系统。
所以啊,哪有什么岁月静好,只不过有人替你负重前行。而操作系统就扮演了这样一个负重前行的角色。那操作系统到底在背后默默地做了哪些事情,才能让我们轻松地使用这些电子设备呢?要想回答这个问题,我们需要把眼光放回到自己攒电脑的那个时代。

电脑组装好就能直接用吗?

那时候买电脑,经常是这样一个情景:三五个哥们儿一起来到电脑城,呼啦呼啦采购了一大堆硬件,有密密麻麻都是针脚的 CPU;有铺满各种复杂电路的一块板子,也就是主板;还需要买块显卡,用来连接显示器;还需要买个网卡,里面可以插网线;还要买块硬盘,将来用来存放文件;然后还需要一大堆线,将这些设备和主板连接起来;最终再来一个鼠标,一个键盘,还有一个显示器。设备差不多啦,准备开整!
好不容易组装完这一大堆硬件,还是不能直接用,你还需要安装一个操作系统。安装操作系统也是一件非常复杂的事,一点儿也不亚于把刚才那堆东西组装起来。这个安装过程可能会涉及十几个步骤、几十项配置。每一步骤配置完了,点击下一步,会出现个进度条。伴随着一堆难以理解的描述,最终安装步骤到达百分之百,才出现你熟悉的那个界面。
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精选留言(109)

  • 阿秭 置顶
    对于什么办事大厅这种东西不熟悉的我,这个比喻特别凌乱。

    作者回复: 可以抛开比喻直接看干货,这次写作将比喻和干货分的比较开,可以满足愿意看比喻和不愿意看比喻的人

    2019-04-08
    3
    57
  • tux
    女友又生气了!
    文章中“哪有什么岁月静好,只不过有人替你负重前行”,想发给女友,一想还是不能发。还是好好学习吧。
    文章刷新了我对操作系统的认识,女友刷新了我对人生的认知

    作者回复: 有女友的程序员都是幸福的

    2019-04-01
    3
    178
  • ThisCat
    我这里是在git上下载的linux源代码:
    下载链接:https://github.com/torvalds/linux
    kernel:内核管理核心代码,其中包含了进程管理子系统
    fs(file system):文件管理子系统
    mm(memeroy mange):内存管理子系统,这里更多的是CPU体系结构的内存管理,与具体物理内存管理相关的代码在 arch/(某种架构)/mm
    net:网络子系统
    drivers:设备子系统,其中存放各种硬件的驱动程序,drivers/block 下存放块设备的驱动程序
    2019-04-01
    159
  • PXQ
    我本来是想通过外包公司的比喻了解操作系统,却反而通过操作系统学习了外包公司

    作者回复: 哈哈

    2019-04-06
    3
    113
  • devna
    系统调用 kernel/
    进程管理 kernel/, arch/<arch>/kernel
    内存管理 mm/, arch/<arch>/mm
    文件 fs/
    设备 drivers/char, drivers/block
    网络 net/

    References:
    * https://www.kernel.org/
    * https://courses.linuxchix.org/kernel-hacking-2002/08-overview-kernel-source.html
    2019-04-01
    38
  • TinnyFlames
    个人的理解,操作系统本质上是构建的一层抽象层,用来屏蔽复杂的底层硬件,向上层用户提供一种“假象”。 CPU(单核情况),实际上是只有一个的,在一个特定时刻也只可能有一个程序跑在一个CPU上(因为寄存器只有一组),但是我们在上层观察到的却是系统上好像同时运行着那么多的程序,这实际上是操作系统用进程这个概念对CPU做的抽象。
    内存也是相似的概念,真实的内存和我们程序员看到的内存截然不同,操作系统通过内存映射等一系列技术让上层的程序员以为自己在操作一片连续的内存空间,实际上这只是操作系统对内存的抽象,是操作系统给程序员的幻象。
    文件系统也是如此,我们看到的所谓的abcd盘符,真实的情况可能是一块机械硬盘,要找数据必须来回的寻道,找到数据的位置,操作系统通过一系列的操作,把如此复杂的过程层层抽象,抽象出了上层看起来简单的文件系统。
    非常期待老师的新课,希望老师在用故事精彩的讲解概念的时候,也可以适当的补充一些基础的理论知识。

    作者回复: 是的

    2019-04-02
    35
  • 天王
    总结:操作系统就像一个软件外包公司,内核就是公司的老板,需要了解内核是怎么协调资源工作的。点击了一个qq程序,首先是输入设备驱动,他们是公司客户的对接员,客户输了一个指令,首先会中断,调用一个中断处理函数,弄明白客户的指令是什么,然后开始立项,立项就需要项目计划书,即项目的二进制程序的逻辑,设定好了执行的步骤,操作系统拿到二进制文件,就可以运行了,运行的qq称为进程。二进制程序是保存在硬盘上的,需要用到文件存储系统。项目立项需要用到各种审批和资源调度,有一些操作放在系统内核,不能随便调用,统一在办公大厅,即系统调用,系统调用会列出哪些接口可以调用,有需要的时候调用。项目实际运行过程中,为了管理,进程的进行也需要分配cpu执行,为了管理进程,进程管理子系统,如果进程管理很多,需要cpu调度执行,需要看cpu的调度能力。项目执行过程中需要做隔离,否则会互相影响,需要用到会议室,即内存,内存有限,需要内存管理子系统,执行完毕之后,统一交给交付员显示给客户,即输出设备输出设备驱动。qq启动之后,有一部分代码会告诉启动一个对话框,并将鼠标焦点移到对话框,cpu收到指令之后,告知显卡程序,将对话框调出来,呈现给用户,用户用键盘输入,输入设备会触发中断,调用输入设备驱动程序,用户输入了一个a,焦点在这个进程上,所以操作系统知道发给哪个进程,然后交给qq程序处理,qq程序记录下客户的输入,告诉显卡程序,花一个a,画完了,客户就能看到了。输入成功之后,按enter键,通过键盘驱动程序告诉系统,系统找到qq,将用户的输入发送到网络上。qq进程需要调用系统调用,内核使用网卡驱动发送。
    2019-04-01
    24
  • 厉害了我的国
    一会外包公司,一会操作系统,脑裂了~

    作者回复: 比喻。其实跳过比喻,内容也是自洽的

    2019-04-02
    23
  • Gavin
    作为新手想问一下该怎么看Linux内核代码啊,是下一个源码包吗。

    作者回复: https://elixir.bootlin.com/linux/v4.13.16

    2019-04-01
    1
    21
  • 每天晒白牙
    四月一日【愚人节】立flag
    这个专栏一定要认真跟下来
    2019-04-01
    20
  • sotey
    疑问:文件管理子系统、进程管理子系统、系统调用、内存管理子系统、网络管理子系统、设备子系统都确实属于Linux内核的一部分吗?虽反复读了几遍,己确定这几个子系统属于内核的一部分,但是还是想向老师确认一下。
    一、硬背10遍
          操作系统像一家软件外包公司,内核就是这家公司的老板。所以接下来整个课程中,请将自己想象成这家公司的老板,设身处地的去理解操作系统是如何协调各种资源,帮客户办成事情。
    二、知识点
    1、内核通过协调操作系统各种资源,实现各种功能;自补充:系统资源最终还是指时间和空间资源。
    2、内核通过系统调用、文件管理子系统、进程管理子系统、内存管理子系统、网络管理子系统、设备子系统协调和管理着操作系统的各项源,是完成协调工作的具体实现载体。
    3、系统调用是系统功能调用的统一入口,相当于办事大厅,项目请求公司资源的统一入口
    4、进程管理子系统管理进程生命周期和资源,相当于项目管理系统,管理项目生命周期和资源
    5、内存管理子系统对内存进行管理、分配、回收、隔离,相当于会议室管理系统
    6、文件子系统管理文件,相当于档案管理系统,管理项目文档资料
    7、设备子系统管理输入输出设备,相当于客户对接人和交付人员,管理项目的输入输出
    8、网络子系统,网络协议栈和收发网络包,相当于对外合作部,需要和其他公司合作沟通项目
    三、记忆理解方法随着老师的思路,映射记忆和图形记忆。
    四、理解鼠标双击QQ,操作系统干了什么
    1、鼠标是输入设备,鼠标驱动负责鼠标与设备子系统通信;
    2、鼠标双击QQ图标时,鼠标发送硬中断,内核执行硬中断处理函数,快速处理硬中断信息,将鼠标双击QQ的必要信息和数据复制到内存,调起软中断处理函数,结束硬中断,软中断执行硬中断未完成后续任务;
    这里产生疑问记录下来:第一,我理解是否正确;第二,软中断接手硬中断未完任务,是不是软中断告诉1号进程使用QQ的程序创建QQ进程。这里的疑问暂时不扩展阅读,收敛起来,否则无法完成本课时学习总结。
    3、软中断唤起1号进程,1号进程进入CPU,根据传入的信息,知道QQ程序存放虚拟文件系统位置,实际是把位置信息从内存装载到CPU寄存器中,然后创建新进程,即QQ进程;
    4、创建QQ进程,QQ进程进入就绪状态,被调入CPU运行处于运行状态,根据程序这个计划书,加载相应数据到内存,执行二进制的指令;
    5、QQ启动后需要显示到显示器,QQ程序调用系统调用,QQ陷入内核态,操作硬件资源的代码都是内核态代码,也就是内核函数,产生软中断事件,告诉显示卡驱动程序,要在显示器什么位置现实QQ的登录框,显卡驱动程序收到指令和数据后,立即回应QQ进程,QQ进程让出CPU处于等待状态;显卡驱动继续协调显卡芯片、显卡内存处理显示数据,最终由显卡将QQ登录框显示在显示器上,同时产生硬中断事件,告诉QQ进程显示完成,QQ进程从等待状态恢复到就绪状态,等待用户的输入产生硬中断,再次被调入CPU执行功能。就可以愉快的聊天了。
    还有好多不清楚的地方,不能提了,否则这节课我就没完没了了,明天Linux命令,每个公司都由几句黑话就没时间预习了。
    2019-04-02
    11
  • an_time
    这样的比喻很形象,把不易理解的东西形象化就很好理解了。
    2019-04-01
    9
  • ~~
    非常同意一楼楼主的观点,感觉没有这些比喻更容易让人理解,有了比喻反而更加凌乱。

    作者回复: 赞

    2019-04-15
    8
  • Zend
    这个专栏一定要认真跟下来
    2019-04-01
    7
  • 浪子
    帮老师贴上链接^_^

    https://www.kernel.org/
    2019-04-01
    5
  • 小武
    为何同学们都是如此优秀,老师的课程和评论区都能学到知识

    作者回复: 很多优秀的同学

    2019-04-08
    3
  • Amark
    是不是也可以用医院这个系统解释操作系统,比如到医院后先去大厅,里面有各个系统,门诊,住院部,取药,....

    作者回复: 理解正确,取药你不能自己取,需要通过系统调用

    2019-04-06
    3
  • Shame
    老师,在描述进程管理子系统的部分,CPU是理解为开发人员么,因为文章里说开发人员按照项目执行计划书执行,进程的执行需要分配CPU按照二进制代码一行一行执行,但是下面又说,如果项目多,就考察项目经理的调度能力了,如果进程多,就考察CPU的调度能力,这里CPU是项目经理的角色,是不是有点矛盾呢,我理解的应该是进程管理子系统扮演项目经理的角色吧,希望老师能解答一下,谢谢!

    作者回复: CPU是程序员,调度是内核,比喻不准确了

    2019-04-04
    3
  • 华子91
    客户是指我们,人发起一个操作?

    作者回复: 是的

    2019-04-02
    3
  • MARK
    学Linux同时学项目管理了,老师知道我早晚要转行么(:

    作者回复: 哈哈

    2019-04-01
    3
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