入門芯片，為什么要學操作系統？

說到操作系統，芯片人誰也繞不開，我先來說說我當初是怎么學操作系統的？

當年我也有這樣的心態，在還沒開始學操作系統的時候，總感覺這玩意會很難，遲遲不敢邁出第一步。

這最困難的一步我還是踏出去了，我在 B 站看了清華大學和哈工大的操作系統課程，以及刷了操作系統一些經典書籍，功夫不負有心人嘛，很快我就掌握了操作系統的基本理論知識。

但是可惜的是，我的功力也有限，只能從理論的方方面自己熟知操作系統，沒辦法從源碼的方面帶大家更深入的分享。

可能很多人覺得操作系統單純學個理論，很容易忘記，沒有實踐的話感覺學的好虛。

實踐才能見真知，所以最好的方式就是手擼一個操作系統。

說起來容易，但是手擼操作系統這件事我們真的能做到嗎？當然可以，如果我們只是實現一個「微型」的操作系統的話，那還是可以實現的。

具體怎么做呢？請聽我娓娓道來。

都說操作系統（簡稱 OS ），是程序員的三大浪漫之一，我們經常會用“靈魂、大腦、內核、基石”等詞來形容它，足以見得它對計算機而言有多么重要。

對于想要學習計算機體系結構、處理器芯片的朋友，操作系統應該是必修課。

衡量學習程度的標準，應該是能否手擼一個簡單的操作系統。

在手寫 OS 的過程中，之前遇到的很多和操作系統密切相關的疑難雜癥，都找到了答案。比如：

• 內存為什么會泄漏、服務進程為什么會 dang 掉、文件為什么打不開？

• MySQL 的 IO 性能還能不能再提升？

• 網絡服務為什么會掉線？模式靠什么技術支撐？

• Node.js 的 I/O 模型長什么模樣？

除此之外，在做高性能服務端編程的時候，經常會用到內存、進程、線程、IO 相關的知識。

“學好操作系統，能直接解決你在工作中遇到的這些問題”。就這一個原因，它就已經是每個程序員必須好好修煉的“基本功”了。

事實也確實如此，作為每個程序員必須好好修煉的“基本功”，它能直接解決我們在工作中的很多疑難雜癥，比如做高性能服務端編程時，經常會用到內存、進程、線程、IO 等相關知識。

而且，我一直認為，花大量時間研究 OS 這些底層知識，是很有必要的，雖然短期看不到效果，但卻是從 0 到 1 必然的過程。

學懂了這些基本功，再去琢磨那些被“追捧”的流行技術啊、demo 啊，都能輕松地理解背后高級的設計，理解系統中的性能瓶頸。

操作系統作為程序員的三大浪漫之一，雖然學習的過程比較枯燥，但在實際應用中又存在無限可能。對技術人來說，即便為此消耗了大把時光，費盡心力，也是值得。

正如“計算機鬼才”彭東所說："生活可以一地雞毛，但操作系統卻是心中的光"。

彭東在操作系統上的成就，讓人頗為佩服，他被稱為“計算機鬼才”，是有原因的。非科班出身，卻憑借驚人的意志與熱愛，自學微機原理，編程語言，數據結構與算法，翻遍了操作系統和硬件書籍，獨立開發了 x86 平臺下的 LMOS 和 arm 平臺下的 LMOSEM 兩個操作系統。

LMOS 現在已經發布 8 個測試版本，是多進程、多線程、多 CPU、支持虛擬內存的全 64 位操作系統內核，代碼量足足有 10 萬多行。如此浩大的項目，沒點“程序員的浪漫”精神，想必很難堅持下來。

他的書《深度探索嵌入式操作系統：從零開始設計、架構和開發》也曾給了我很多啟發。

數十年深入研究操作系統，他對 Linux、BSD、SunOS 等開源操作系統，以及 Windows 的 NT 內核都非常熟悉，在編譯器，數據庫等基礎架構方面也頗有研究。

可以說，在操作系統領域，他是當之無愧的 KOL，非常有發言權。這條路上，會有哪些難點和阻礙，會踩哪些坑，他都了如指掌。

所以，想當年聽說彭東在極客時間寫了一個《操作系統實戰45講》專欄，非常意外，當時很多小伙伴第一時間就訂閱了。

最近又開始二刷了，再學一遍還是有很多收獲。最讓人驚喜的是，彭東把“學操作系統不要死看書”的主張貫穿到專欄里，通過配套實驗帶你完成一個OS，當你真的動手寫了一個 OS 的時候，對操作系統的理解會是質的飛躍。

下圖是彭東梳理的「簡化版操作系統知識體系」，圖中的每一小塊，都會隨著課程的進行，逐一展開，建議先馬后看。

操作系統簡化知識體系圖

他會帶你從 0 到 1，一步步實現一個基于 x86 平臺的 64 位多進程的操作系統—— Cosmos，你將擁有一個屬于自己的操作系統內核，對 Linux 內核的理解也會更加透徹。

跟著學下來，操作系統架構設計能力會大幅提升，還可以學到系統級別的軟件編程技巧，這對我們拓展技術深度和廣度是大有裨益的。

最重要的是，求職面試也會成為加分項，自己動手寫過操作系統，真有“飄”的資本，簡歷自然脫穎而出。

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記得當時這門課程上線兩個月，訂閱量就超 10000 訂閱了，現在已經將近 63000+ 人學習了，這個結果其實并不意外，畢竟，業界大牛手把手帶著寫 OS 的機會實在太難得。

在追更的同時，也不禁佩服，彭東海量的知識儲備和極佳的表達能力。要知道，越是底層的知識越不好講透：要用通俗易懂的語言，把復雜的操作系統“講”出來；要注意細節與重點的把握和梳理；要把復雜的內容，交付給各個不同思想層次，不同思維方式的人。

隨便截了幾個評價，供參考：

不得不說，彭東太會講了，不僅把枯燥的原理講得明明白白，講述中還充滿魔力，吸引我們深挖下去，這門課還有幾個不得不提的特色。

1.“保姆級”圖示+代碼解析，小白也適用

為了方便“計算機小白”理解，快速上手實操，課程中加入了大量的圖示和詳細的代碼注釋，足以看出彭東的用心，也能感受到他的“內功深厚”。

比如下面的虛擬內存數據結構設計圖，計算機結構示意圖，文件系統框架圖和進程狀態切換流程圖等，篇幅限制，這里僅是冰山一角，專欄中還有大量圖示和知識導圖。

再比如，課程中的代碼示例，這個詳細程度的代碼注釋，是比較少見的。

摘自《操作系統實戰 45講》第9講

瞧一瞧-Linux的自旋鎖和信號量如何實現？

2. 邊學邊練，對比分析，強化理解 Linux

在介紹每個內核組件實現時，都會先講清原理，再帶你基于設計理解去動手實現；然后與 Linux內核的實現做前后對比。既能邊學邊練，又能幫你從“上帝視角”審視 Linux 內核。

3.配套源碼，真正動手“run”起來

專欄中的每一講，都會匹配可以工作的代碼，傳在 gitee 上；可以跟著課程一步步實現，也可以直接使用每節課提供的代碼進行調試，直到最終實現一個操作系統。

實際上，動手“run”起來，哪怕只是讀和 clone 老師的代碼，也會對操作系統有更深一層的理解。

Cosmos系統運行演示

4. 開源計劃，新的挑戰

為了把課程內容實踐得更好，最近彭東還整了個“大計劃” —— 籌備建立一個開源社區，把 Cosmos 運作成一個開源項目，專欄的讀者都有望優先成為第一批 contributer。

為拋棄歷史包袱，未來完整的 Cosmos 會同時開源系統和 CPU 源碼，還會考慮根據需求定制芯片。據彭東透露，他邀請到了非常優秀的芯片架構師，來根據操作系統架構特點設計 CPU，想想就很“浪漫”了！

此外，專欄讀者都可以免費加入彭東的「操作系統交流群」，他經常在群里答疑解惑，這里還有很多技術內功深厚的大佬，相互交流探討，光看聊天記錄，都能學到不少。

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編輯小姐姐也經常在群里出沒，鼓勵督促，可以說是伴隨式的學習了。相信大家加過的交流群不少，這個群確實非常難得，大佬云集，知識密度高，氣氛活躍，學習體驗也很好。

說了這么多，來看看課程各章節的知識點和精彩看點吧。

再強調一點：

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都說程序員 35 歲是個坎，但其實，有坎的是不上不下、“半瓶水”的人。只要扎實基礎，勤修內功，那么無論是上層開發，還是理解前沿技術，都等于加了天然 buff。

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