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11.1 操作系统怎么学?


11.1 操作系统怎么学?

操作系统真的可以说是 Super Man,它为了我们做了非常厉害的事情,以至于我们根本察觉不到,只有通过学习它,我们才能深刻体会到它的精妙之处,甚至会被计算机科学家设计思想所震撼,有些思想实际上也是可以应用于我们工作开发中。

操作系统比较重要的四大模块,分别是内存管理open in new window进程管理open in new window文件系统管理open in new window输入输出设备管理open in new window。这是我学习操作系统的顺序,也是我推荐给大家的学习顺序,因为内存管理不仅是最重要、最难的模块,也是和其他模块关联性最大的模块,先把它搞定,后续的模块学起来我认为会相对轻松一些。

学习的过程中,你可能会遇到很多「虚拟」的概念,比如虚拟内存、虚拟文件系统,实际上它们的本质上都是一样的,都是向下屏蔽差异,向上提供统一的东西,以方便我们程序员使用。

还有,你也遇到各种各样的调度算法open in new window,在这里你可以看到数据结构与算法的魅力,重要的是我们要理解为什么要提出那么多调度算法,你当然可以说是为了更快更有效率,但是因什么问题而因此引入新算法的这个过程,更是我们重点学习的地方。

你也会开始明白进程与线程最大的区别在于上下文切换过程中,线程不用切换虚拟内存,因为同一个进程内的线程都是共享虚拟内存空间的,线程就单这一点不用切换,就相比进程上下文切换的性能开销减少了很多。由于虚拟内存与物理内存的映射关系需要查询页表,页表的查询是很慢的过程,因此会把常用的地址映射关系缓存在 TLB 里的,这样便可以提高页表的查询速度,如果发生了进程切换,那 TLB 缓存的地址映射关系就会失效,缓存失效就意味着命中率降低,于是虚拟地址转为物理地址这一过程就会很慢。

你也开始不会傻傻的认为 read 或 write 之后数据就直接写到硬盘了,更不会觉得多次操作 read 或 write 方法性能会很低,因为你发现操作系统会有个「磁盘高速缓冲区」,它已经帮我们做了缓存的工作,它会预读数据、缓存最近访问的数据,以及使用 I/O 调度算法来合并和排队磁盘调度 I/O,这些都是为了减少操作系统对磁盘的访问频率。

……

还有太多太多了,我在这里就不赘述了,剩下的就交给你们在学习操作系统的途中去探索和发现了。

还有一点需要注意,学操作系统的时候,不要误以为它是在说 Linux 操作系统,这也是我初学的时候犯的一个错误,操作系统是集合大多数操作系统实现的思想,跟实际具体实现的 Linux 操作系统多少都会有点差别,如果要想 Linux 操作系统的具体实现方式,可以选择看 Linux 内核相关的资料,但是在这之前你先掌握了操作系统的基本知识,这样学起来才能事半功倍。

入门系列

对于没学过操作系统的小白,我建议学的时候,不要直接闷头看书。相信我,你不用几分钟就会打退堂鼓,然后就把厚厚的书拿去垫显示器了,从此再无后续,毕竟直接看书太特喵的枯燥了,当然不如用来垫显示器玩游戏来着香。

B 站关于操作系统课程资源很多,我在里面也看了不同老师讲的课程,觉得比较好的入门级课程是《操作系统 - 清华大学》,该课程由清华大学老师向勇和陈渝授课,虽然我们上不了清华大学,但是至少我们可以在网上选择听清华大学的课嘛。课程授课的顺序,就如我前面推荐的学习顺序:「内存管理 -> 进程管理 -> 文件系统管理 -> 输入输出设备管理」。

《操作系统 - 清华大学》
《操作系统 - 清华大学》

B 站清华大学操作系统视频地址:https://www.bilibili.com/video/BV1js411b7vg?from=search&seid=2361361014547524697open in new window

该清华大学的视频教学搭配的书应该是《现代操作系统》,你可以视频和书籍两者结合一起学,比如看完视频的内存管理,然后就看书上对应的章节,这样相比直接啃书相对会比较好。

《现代操作系统》
《现代操作系统》

清华大学的操作系统视频课讲的比较精炼,涉及到的内容没有那么细,《操作系统 - 哈工大》李治军老师授课的视频课程相对就会比较细节,老师会用 Linux 内核代码的角度带你进一步理解操作系统,也会用生活小例子帮助你理解。

《操作系统 - 哈工大》
《操作系统 - 哈工大》

B 站哈工大操作系统视频地址:https://www.bilibili.com/video/BV1d4411v7u7?from=search&seid=2361361014547524697open in new window

深入学习系列

《现代操作系统》这本书我感觉缺少比较多细节,说的还是比较笼统,而且书也好无聊。

推荐一个说的更细的操作系统书 —— 《操作系统导论》,这本书不仅告诉你 What,还会告诉你 How,书的内容都是循序渐进,层层递进的,阅读起来还是觉得挺有意思的,这本书的内存管理和并发这两个部分说的很棒,这本书的中文版本我也没找到资源,不过微信读书可以免费看这本书。

《操作系统导论》
《操作系统导论》

当然,少不了这本被称为神书的《深入理解计算机系统》,豆瓣评分高达 9.8 分,这本书严格来说不算操作系统书,它是以程序员视角理解计算机系统,不只是涉及到操作系统,还涉及到了计算机组成、C 语言、汇编语言等知识,是一本综合性比较强的书。

《深入理解计算机系统》
《深入理解计算机系统》

它告诉我们计算机是如何设计和工作的,操作系统有哪些重点,它们的作用又是什么,这本书的目标其实便是要讲清楚原理,但并不会把某个话题挖掘地过于深入,过于细节。看看这本书后,我们就可以对计算机系统各组件的工作方式有了理性的认识。在一定程度上,其实它是在锻炼一种思维方式 —— 计算思维。


最后

文中推荐的书,小林都已经把电子书整理好给大家了,只需要在小林的公众号后台回复「我要学习」,即可获取百度网盘下载链接。

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