自學程式設計方法論：怎麼學作業系統？

a724888發表於2020-02-12

程式設計作業系統

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本文首發於微信公眾號【程式設計師黃小斜】

本文作者：黃小斜

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本文思維導圖

簡介

學習程式設計，作業系統是你必須要掌握的基礎知識，那麼作業系統到底是什麼呢？

這還用說麼，作業系統不就是Windows、Linux、Mac、IOS、Android、IOS這類我們天天都在用的東西麼？

此話不假，但是作業系統作為電腦科學裡的一門基礎學科，肯定不能這麼接地氣對不對，總的來點高大上的概念，震懾一下你們吧。

根據百度百科的介紹，作業系統是管理計算機硬體與軟體資源的計算機程式，同時也是計算機系統的核心與基石。作業系統需要處理如管理與配置記憶體、決定系統資源供需的優先次序、控制輸入裝置與輸出裝置、操作網路與管理檔案系統等基本事務。作業系統也提供一個讓使用者與系統互動的操作介面。

這個介紹足夠高大上了吧，那麼到底啥是作業系統呢，簡單來說，作業系統就是管理計算機硬體和軟體資源的一種軟體，計算機裡的硬碟、滑鼠鍵盤、顯示器等裝置，都要由它來管理，你開啟遊戲、開啟瀏覽器或者是看電影，也都要通過作業系統來執行。

沒有了作業系統，電腦就失去了靈魂，只是一堆硬體而已。

為什麼要學作業系統

瞭解了作業系統的基本概念之後，接下來我們再來看看，為什麼我們要學習作業系統呢？

首先，當然是因為面試要考啦。

其次，無論你學習什麼程式語言，和都避免不了和作業系統打交道，比如你學習Java，用到多執行緒技術，實際上作業系統才是負責管理程式和執行緒的，所以Java裡的執行緒常常要和作業系統的執行緒或者程式一一對應。

此外，你會學習到記憶體分配的知識，比如c++裡可以直接分配一段記憶體，此時實際上是呼叫作業系統提供的API進行記憶體分配。

作業系統不僅負責管理程式和執行緒的排程、記憶體的分配和管理，以及裝置和IO的處理，還要負責管理檔案系統和網路。

最重要的是，作業系統要負責把程式碼從硬碟載入到記憶體，再告訴cpu去讀取記憶體程式碼，這是一切計算機執行的基礎。

如果不懂作業系統，你在未來學習程式語言的高階特效，涉及到執行緒程式排程，記憶體分配，或者是學習Linux相關的知識時，都會一頭霧水，所以，只有學會了作業系統，我麼才能夠更好地學習其他語言和技術。

如何學習作業系統

第一次接觸

第一次接觸作業系統同樣是在我研究生的時候，當時自學計算機網路已經受到了驚嚇（被大部頭教科書勸退），於是學習作業系統時也更加的小心翼翼，當時我找了一本體量稍微小一點的《作業系統》教科書來學習。

用了大概一週左右的時間，我把這本書翻了一遍，隱隱約約還記得一些概念，程式和執行緒，程式排程演算法、記憶體管理的分頁和分段，頁面置換演算法，但其實當時壓根沒有理解這些東西，再過了一週之後也就忘得差不多了。

由於我當時找的多是Java方面的實習，很多公司對於作業系統的考察並不多，偶爾就問問執行緒和程式的區別，

於是對於作業系統的學習我當時並沒有多大的重視，畢竟還有一堆Java的書要啃呢，先都啃到位再說。

入門學習階段

就這樣，我一直保留著只看過一本教科書的作業系統水平，全情投入到複習Java的偉業中了，然而當我學到Java併發程式設計和JVM的時候，總感覺有哪裡不對勁：Java中的執行緒和作業系統的執行緒是什麼關係，JVM的記憶體管理和作業系統的記憶體管理又是什麼關係。

我抱著這個疑問學完了Java併發原理和JVM，當然也是一知半解的那種。事後證明，在沒有作業系統基礎的情況下，越往上層學，摔得越慘，勿用浮沙築高臺，說的便是這個道理，底子打好了，才能往上爬，否則都是浮雲。

我在百度實習的那段時間裡，再次意識到了作業系統這門課程的重要性，於是我找來了某乎強烈推薦的《深入理解計算機系統》這本史詩級大部頭，這本書其實並不是一本純粹的作業系統書籍，而是結合了計算機組成原理和作業系統兩方面的內容，基本上把計算機內部工作的那些原理都給講清楚了。

第一次看這本書的時候，我堅持了不到三天就放棄了，於是第二次看這本書，我在公司花了快一個月的時間才總算看得差不多。

在以前，我連什麼是x64什麼x86都搞不清楚，看完這本書之後，我好歹對CPU、記憶體、硬碟的工作方式，以及處理器的工作方式等內容有了一些理解，不得不說，這個時候我才算是對作業系統入了門。

強化學習階段

光看書還不足以應對大廠的面試，大公司對作業系統的考察是很嚴格的，比如百度、騰訊和頭條，對於作業系統的要求還是比較高的。

除了程式和執行緒區別這種最簡單的面試題之外，還會有一些比較複雜的問題，比如”程式排程演算法有哪些，講一下FIFO和LRU演算法“、”記憶體中的分頁和分段有什麼區別，分頁裡的頁面置換演算法有哪些，LRU是怎麼實現的“、”產生死鎖的必要條件，解決死鎖的辦法“、”執行緒間通訊和程式間通訊的方法都有哪些，具體怎麼使用“

此類問題，也算是比較常見的作業系統面試題，但是要回答清楚的話還是需要一定功力的。

當時我應對這類問題，基本上就是通過刷面經和背答案，對於很多原理性的東西理解得並不深刻，但是也沒有找到什麼解決辦法。

衝刺階段

既然自己學了半天效果都不佳，那不如直接向大佬學習吧，於是我輾轉各大部落格，技術社群，技術公眾號，看了很多關於作業系統的文章，發現確實有很多講的不錯的內容，看起來比自己死記硬背要靠譜的多了。

最早看的優質內容是《碼農翻身》作者劉欣老師的文章，真的是相見恨晚，他有十幾篇文章是專門講解作業系統的，從CPU開始，講到記憶體、硬碟、執行緒、程式，每篇文章都是用故事化的文字介紹這些計算機裡最硬核的觀念，可以說是四兩撥千斤了。

看完這個系列的作業系統文章之後，我對於作業系統中的一些疑惑基本上也都消除了，再回去看一看那些面試題，覺得也沒那麼複雜了。

當然了，對於面試題我們還是要認真準備的，該翻的面經要翻，該搞懂的面試題一個也不能放過，有了之前的基礎之後，再去搞懂這些面試題就簡單很多了，至此，我對於作業系統的學習也算是告一段落。