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极客时间专栏/趣谈Linux操作系统/入门准备篇/01 | 入学测验:你究竟对Linux操作系统了解多少?.md
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极客时间专栏/趣谈Linux操作系统/入门准备篇/01 | 入学测验:你究竟对Linux操作系统了解多少?.md
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限量发售中,仅限5000份,3大体系,22个模块,定位工作中80%的高频问题。
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极客时间专栏/趣谈Linux操作系统/入门准备篇/02 | 学习路径:爬过这六个陡坡,你就能对Linux了如指掌.md
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极客时间专栏/趣谈Linux操作系统/入门准备篇/02 | 学习路径:爬过这六个陡坡,你就能对Linux了如指掌.md
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<audio id="audio" title="02 | 学习路径:爬过这六个陡坡,你就能对Linux了如指掌" controls="" preload="none"><source id="mp3" src="https://static001.geekbang.org/resource/audio/ae/7e/ae339f4a53a07f03795c1c46fa43c67e.mp3"></audio>
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很多人觉得Linux操作系统刚开始学起来很难,主要是因为我们平时办公或者学习用的都是Windows系统,而Windows和Linux的使用模式是完全不一样的。
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Windows的基本使用模式是“**图形化界面+菜单**”。也就是说,无论我们做什么事情,首先要找一个图形化的界面。在这里面,“开始”菜单是统一的入口,无论是运行程序,还是做系统设置,你都能找到一个界面,界面上会有各种各样的输入框和菜单。我们只要挨个儿看过去,总能找到想操作的功能。实在不行,还有杀手锏,就是右键菜单,挨个儿一项一项看下去,最终也能实现想做的操作。
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如果你刚刚上手Linux,就会发现,情况完全不一样。你基本是这也找不着,那也找不着,觉得Linux十分难用,从而“从入门到放弃”。
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Linux上手难,学习曲线陡峭,所以它的学习过程更像一个**爬坡模式**。这些坡看起来都很陡,但是一旦爬上一阶,就会一马平川。你会惊叹Linux的设计之美,而Linux的灵活性也会使得你有N多种方法解决问题,从而事半功倍,你就会有一切尽在掌握的感觉。只可惜,大部分同学都停留在了山脚下。
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那怎样才能掌握这项爬坡技能呢?我们首先需要明确,我们要爬哪些坡。
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我总结了一下,在整个Linux的学习过程中,要爬的坡有六个,分别是:熟练使用Linux命令行、使用Linux进行程序设计、了解Linux内核机制、阅读Linux内核代码、实验定制Linux组件,以及最后落到生产实践上。以下是我为你准备的爬坡秘籍以及辅助的书单弹药。
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## 第一个坡:抛弃旧的思维习惯,熟练使用Linux命令行
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上手Linux的第一步,要先从Windows的思维习惯,切换成Linux的“**命令行+文件**”使用模式。
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在Linux中,无论我们做什么事情,都会有相应的命令工具。虽然这些命令一般会在bin或者sbin目录下面,但是这些命令的数量太多了。如果你事先不知道该用哪个命令,很难通过枚举的方式找到。因此,在这样没有统一入口的情况下,就需要你对最基本的命令有所掌握。
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一旦找到某个命令行工具,替代输入框的是各种各样的启动参数。这些参数怎么填,一般可以通过-h查看help,挨个儿看过去,就能找到相应的配置项;还可以通过man命令,查看文档。无论是什么命令行工具,最终的配置一般会落到一个文件上,只要找到了那个文件,文件中会有注释,也可以挨个儿看下去,基本就知道如何配置了。
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这个过程可能非常痛苦,在没有足够熟练地掌握命令行之前,你会发现干个非常小的事情都需要搜索半天,读很多文档,即便如此还不一定能得到期望的结果。这个时候你一定不要气馁,坚持下去,继续看文档、查资料,慢慢你就会发现,大部分命令的行为模式都很像,你几乎不需要搜索就能完成大部分操作了。
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恭喜你,这个时候你已经爬上第一个坡了。这个时候,你能看到一些很美丽的风景,例如一些很有技巧的命令sed和awk、很神奇的正则表达式、灵活的管道和grep、强大的bash。你可以自动化地做一些事情了,例如处理一些数据,会比你使用Excel要又快又准,关键是不用框框点点,在后台就能完成一系列操作。在处理数据的同时,你还可以干别的事情,半夜处理数据,第二天早上发个邮件报告,这都是Excel很难做到的事情。
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不过,在这个专栏里,命令行并不是我们的重点,但是考虑到一些刚起步的同学,在第一部分我会简单介绍一些能够让你快速上手Linux的命令行。专栏每一模块的第一节,我都会有针对性地讲解这一模块的常用命令,足够你把Linux用起来。
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如果你想全面学习Linux命令,推荐你阅读《**鸟哥的Linux私房菜**》。如果想再深入一点,推荐你阅读《**Linux系统管理技术手册**》。这本砖头厚的书,可以说是Linux运维手边必备。
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## 第二个坡:通过系统调用或者glibc,学会自己进行程序设计
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命令行工具也是程序,只不过是别人写的程序。从用别人写的程序,到自己能够写程序,通过程序来操作Linux,这是第二个要爬的坡。
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用代码操作Linux,可以直接使用Linux系统调用,也可以使用glibc的库。
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Linux的系统调用非常多,而且每个函数都非常复杂,传入的参数、返回值、调用的方式等等都有很多讲究。这里面需要掌握很多Linux操作系统的原理,否则你会无法理解为什么应该这样调用。
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刚开始学Linux程序设计的时候,你会发现它比命令行复杂得多。因为你的角色再次变化,这是为啥呢?我这么说,估计你就能理解了。
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**如果说使用命令行的人是吃馒头的,那写代码操作命令行的人就是做馒头的**。看着简简单单的一个馒头,可能要经过N个工序才能蒸出来。同样,你会发现,你平时用的一个简单的命令行,却需要N个系统调用组合才能完成。其中每个系统调用都要进行深入地学习、读文档、做实验。
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经过一段时间的学习,你啃下了这些东西,恭喜你,又爬上了一个坡。这时候,你已经很接近操作系统的原理了,你能看到另一番风景了。大学里学的那些理论,你再回去看,现在就会开始有感觉了。你本来不理解进程树,调用了fork,就明白了;你本来不理解进程同步机制,调用了信号量,也明白了;你本来分不清楚网络应用层和传输层的分界线,调用了socket,都明白了。
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同样,专栏的第一模块,我会简单介绍一下Linux有哪些系统调用,每一模块的第一节,我还会讲解这一模块的常用系统调用,以及如何编程调用这些系统调用。这样可以使你对Linux程序设计入个门,但是这对于实战肯定是远远不够的。如果要进一步学习Linux程序设计,推荐你阅读**《UNIX环境高级编程》**,这本书有代码,有介绍,有原理,非常实用。
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## 第三个坡:了解Linux内核机制,反复研习重点突破
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当你已经会使用代码操作Linux的时候,你已经很希望揭开这层面纱,看看系统调用背后到底做了什么。
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这个时候,你的角色要再次面临变化,**就像你蒸馒头时间长了,发现要蒸出更好吃的馒头,就必须要对面粉有所研究**。怎么研究呢?当然你可以去面粉厂看人家的加工过程,但是面粉厂的流水线也很复杂,很多和你蒸馒头没有直接关系,直接去看容易蒙圈,所以这时候你最好先研究一下,面粉制造工艺与馒头口味的关系。
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对于Linux也是一样的,进一步了解内核的原理,有助于你更好地使用命令行和进行程序设计,能让你的运维和开发水平上升一个层次,但是我不建议你直接看代码,因为Linux代码量太大,很容易迷失,找不到头绪。最好的办法是,先了解一下Linux内核机制,知道基本的原理和流程就可以了。
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一旦学起来的时候,你会发现,Linux内核机制也非常复杂,而且其中相互关联。比如说,进程运行要分配内存,内存映射涉及文件的关联,文件的读写需要经过块设备,从文件中加载代码才能运行起来进程。这些知识点要反复对照,才能理清。
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但是一旦爬上这个坡,你会发现Linux这个复杂的系统开始透明起来。无论你是运维,还是开发,你都能大概知道背后发生的事情,并在出现异常的情况时,比较准确地定位到问题所在。
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Linux内核机制是我们这个专栏重点要讲述的部分,我会基于最新4.x的内核进行讲解,当然我也意识到了内核机制的复杂性,所以我选择通过故事性和图形化的方式,帮助你了解并记住这些机制。
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这块内容的辅助学习,我推荐一本《**深入理解LINUX内核**》。这本书言简意赅地讲述了主要的内核机制。看完这本书,你会对Linux内核有总体的了解。不过这本书的内核版本有点老,不过对于了解原理来讲,没有任何问题。
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## 第四个坡:阅读Linux内核代码,聚焦核心逻辑和场景
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在了解内核机制的时候,你肯定会遇到困惑的地方,因为理论的描述和提炼虽然能够让你更容易看清全貌,但是容易让你忽略细节。
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我在看内核原理的书的时候也遇到过这种问题,有的地方实在是难以理解,或者不同的书说的不一样,这时候该怎么办呢?其实很好办,Linux是开源的呀,我们可以看代码呀,代码是精准的。哪里有问题,找到那段代码看一看,很多问题就有方法了。
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另外,当你在工作中需要重点研究某方面技术的时候,如果涉及内核,这个时候仅仅了解原理已经不够了,你需要看这部分的代码。
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但是开源软件代码纷繁复杂,一开始看肯定晕,找不着北。这里有一个诀窍,就是**一开始阅读代码不要纠结一城一池的得失,不要每一行都一定要搞清楚它是干嘛的,而要聚焦于核心逻辑和使用场景**。
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一旦爬上这个坡,对于操作系统的原理,你应该就掌握得比较清楚了。就像蒸馒头的人已经将面粉加工流程烂熟于心。这个时候,你就可以有针对性地去做课题,把所学和你现在做的东西结合起来重点突破。例如你是研究虚拟化的,就重点看KVM的部分;如果你是研究网络的,就重点看内核协议栈的部分。
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在专栏里,我在讲述Linux原理的同时,也会根据场景和主要流程来分析部分代码,例如创建进程、分配内存、打开文件、读写文件、收发网络包等等。考虑到大量代码粘贴会让你看起来比较费劲,也会占用大量篇幅,所以我采取只叙述主要流程,只放必要的代码,大部分的逻辑和相互关系,尽量通过图的方式展现出来,给你讲解。
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这里也推荐一本书,《**LINUX内核源代码情景分析**》。这本书最大的优点是结合场景进行分析,看得见、摸得着,非常直观,唯一的缺点还是内核版本比较老。
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## 第五个坡:实验定制化Linux组件,已经没人能阻挡你成为内核开发工程师了
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纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。从只看内核代码,到上手修改内核代码,这又是一个很大的坎。这相当于蒸馒头的人为了定制口味,要开始修改面粉生产流程了。
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因为Linux有源代码,很多地方可以参考现有的实现,定制化自己的模块。例如,你可以自己实现一个设备驱动程序,实现一个自己的系统调用,或者实现一个自己的文件系统等等。
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这个难度比较大,涉及的细节比较多,上一个阶段,我的建议是不计较一城一地的得失,不需要每个细节都搞清楚,这一个阶段要求就更高了。一旦代码有一个细微的bug,都有可能导致实验失败。
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专栏最后一个部分,我专门设计了两个实验,帮你度过这个坎。只要跟着我的步伐进行学习,接下来,就没人能够阻挡你成为一名内核开发工程师了。
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## 最后一个坡:面向真实场景的开发,实践没有终点
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说了这么多,我们都只是走出了万里长征第一步。我始终坚信,真正的高手都是在实战中摸爬滚打练出来的。
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如果你是运维,仅仅熟悉上面基本的操作是不够的,生产环境会有大量的不可控因素,尤其是集群规模大的更是如此,大量的运维经验是实战来的,不能光靠读书。如果你是开发,对内核进行少量修改容易,但是一旦面临真实的场景,需要考虑各种因素,并发与并行,锁与保护,扩展性和兼容性,都需要真实项目才能练出来。
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## 总结时刻
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今天,我把爬坡的过程,分解成了六个阶段,并给你分享了我的私家爬坡宝典。你都记住了吗?我把今天的内容总结成了下面这张图。建议你牢牢记住这张图,在接下来的四个月中,按照这个路径稳步前进,攻克Linux操作系统。
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## 课堂练习
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你可以结合第一节的测试结果,并根据我今天讲的爬坡方法,思考一下,在接下来的四个月里,你准备怎么学习这个专栏。
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欢迎在留言区写下你的**爬坡计划**,也欢迎你把今天的文章分享给你的朋友,和他一起学习、进步。
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编辑乱入:超哥推荐的图书,部分已上架极客时间商城,点击下方图片,即可购买。和专栏一起配合使用,学习效果会更好哦!
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[<img src="https://static001.geekbang.org/resource/image/6b/68/6bae103a79601bddd51b87f4e838e868.jpg" alt="">](https://h5.youzan.com/v2/feature/2VpBYpR2As)
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限量发售中,仅限5000份,3大体系,22个模块,定位工作中80%的高频问题。
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极客时间专栏/趣谈Linux操作系统/入门准备篇/开篇词 | 为什么要学习Linux操作系统?.md
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极客时间专栏/趣谈Linux操作系统/入门准备篇/开篇词 | 为什么要学习Linux操作系统?.md
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<audio id="audio" title="开篇词 | 为什么要学习Linux操作系统?" controls="" preload="none"><source id="mp3" src="https://static001.geekbang.org/resource/audio/bd/16/bd7af6a01d606dadc8ed1f2f78dea916.mp3"></audio>
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你好,我是你的老朋友刘超。在“[趣谈网络协议](https://time.geekbang.org/column/intro/85?utm_term=zeusMX7NJ&utm_source=app&utm_medium=geektime&utm_campaign=85-end&utm_content=caozuoxitongkaipianci)”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”。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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## 打开Linux操作系统这扇门,你才是合格的软件工程师
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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。**
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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。
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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。
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## 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
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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。
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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。
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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。
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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。
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## 了解Linux操作系统生态,能让你事半功倍地学会新技术
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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:
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**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)。
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</li>
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<li>
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**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)。
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</li>
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<li>
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**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)。
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</li>
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<li>
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**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)。
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</li>
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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。
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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。
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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。
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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。
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欢迎在留言区和我分享。
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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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