大學四年我是怎麼寫操做系統和計算機網絡的？掏心掏肺的分享！

最近收到很多讀者留言，關於怎麼學「操做系統」和「計算機網絡」的留言，小林寫這一塊的內容也有半年多了，啃很是多的書，也看了不少視頻，有好的有差的，今天就掏心掏肺地分享給你們。

操做系統和計算機網絡有多重要呢？若是沒有操做系統，咱們的手機和電腦能夠說是廢鐵了，天然它們都沒有使用價值了，另外若是沒有計算機網絡，咱們的手機和電腦就是一座「孤島」了，孤島的世界很單調，也沒有什麼色彩，也正是由於計算機網絡，才創造出這麼豐富多彩的互聯網世界。

身爲程序員的咱們，那更應該深入理解和掌握它們，雖然咱們平常 CURD 的工做中，即便不熟悉它們，也不妨礙咱們寫代碼，可是當出現問題時，沒有這些基礎知識，你是無厘頭的，根本沒有思路下手，這時候和別人差距就顯現出來了，能夠說是程序員之間的分水嶺。

事實上，咱們工做中會有大量的時間都是在排查和解決問題，編碼的時間其實比較少，若是計算機基礎學的很紮實，雖然不敢保證咱們能 100% 解決，可是至少遇到問題時，咱們有一個排查的方向，或者直接就定位到問題所在，而後再一步一步嘗試解決，解決了問題，天然就體現了咱們自身的實力和價值，職場也會越走越遠。

我本身工做中就深入體會到了它們多重要性，我最近項目就遇到 TCP 比較底層的問題，咱們的一個 Web 服務運行久以後，就沒法與客戶端正常創建鏈接了，使用 tcpdump 抓包發現 TCP 三次握手過程當中，服務端把客戶端握手過程當中最後 1 個 ack 給丟掉了。

剛開始以爲很是的莫名奇妙，後面想起本身寫過一篇 TCP 半鏈接和全鏈接隊列的文章，就往這個方向排查問題，因而執行 netstat -s 命令查看 TCP error 相關的信息，發現 TCP 全鏈接隊列溢出了，接着再經過 ss -lnt 命令進一步確認，當前 TCP 全鏈接隊列確實超過了 TCP 全鏈接隊列最大值，這個問題就很快定位出來了。

另外，當 TCP 全鏈接隊列溢出後，因爲 tcp_abort_on_overflow 內核參數默認爲 0，因此服務端會丟掉客戶端發過來的 ack，若是你把該參數設置爲 1，那現象將變成，服務端會給客戶端發送 RST 報文，廢棄掉鏈接。

那要擴大全鏈接隊列也不難，TCP 全鏈接隊列最大值取決於 somaxconn 和 backlog 之間的最小值，也就是 min(somaxconn, backlog)，其中 somaxconn 是內核參數，而 backlog 是咱們程序 listen 方法中指定的參數。

上面這個小例子，很明顯是沒法經過看應用層的代碼來解決的，必須瞭解 TCP 的機制，才能找到解決之道。

鋪墊了那麼多，接下里進入正題。

---

計算機網絡怎麼學？

計算機網絡相比操做系統好學很是多，由於計算機網絡不抽象，你要想知道網絡中的細節，你均可以經過抓包來分析，並且無論是手機、我的電腦和服務器，它們所使用的計算網絡協議是一致的。

也就是說，計算機網絡不會由於設備的不一樣而不一樣，你們都遵循這一套「規則」來相互通訊，這套規則就是 TCP/IP 網絡模型。

OSI 參考模型與 TCP/IP 的關係

TCP/IP 網絡參考模型共有 4 層，其中須要咱們熟練掌握的是應用層、傳輸層和網絡層，至於網絡接口層（數據鏈路層和物理層）咱們只須要作簡單的瞭解就能夠了。

對於應用層，固然重點要熟悉最多見的 HTTP 和 HTTPS，傳輸層 TCP 和 UDP 都要熟悉，網絡層要熟悉 IPv4，IPv6 能夠作簡單點了解。

我以爲學習一個東西，就從咱們常見的事情開始着手。

好比， ping 命令能夠說在咱們判斷網絡環境的時候，最常使用的了，你能夠先把你電腦 ping 你舍友或同事的電腦的過程當中發生的事情都搞明白，這樣就基本知道一個數據包是怎麼轉發的了，因而你就知道了網絡層、數據鏈路層和物理層之間是如何工做，如何相互配合的了。

搞明白了 ping 過程，我相信你學起 HTTP 請求過程的時候，會很快就能掌握了，由於網絡層如下的工做方式，你在學習 ping 的時候就已經明白了，這時就只須要認真掌握傳輸層中的 TCP 和應用層中的 HTTP 協議，就能搞明白訪問網頁的整個過程了，這也是面試常見的題目了，畢竟它能考察你網絡知識的全面性。

重中之重的知識就是 TCP 了，TCP 無論是創建鏈接、斷開鏈接的過程，仍是數據傳輸的過程，都不能放過，針對數據可靠傳輸的特性，又能夠拆解爲超時從新、流量控制、滑動窗口、擁塞控制等等知識點，學完這些只能算對 TCP 有個「感性」的認識，另外咱們還得知道 Linux 提供的 TCP 內核的參數的做用，這樣才能從容地應對工做中遇到的問題。

接下來，推薦我看過並以爲不錯的計算機網絡相關的書籍和視頻。

入門系列

此係列針對沒有任何計算機基礎的朋友，若是已經對計算機輕車熟路的大佬，也不要忽略，不妨看看我推薦的正確嗎。

若是你要入門 HTTP，首先最好書籍就是《圖解 HTTP》了，做者真的作到完徹底全的「圖解」，小林的圖解功夫仍是從這裏偷學到很多，書籍不厚，相信優秀的你，幾天就能夠看完了。

《圖解 HTTP》

若是要入門 TCP/IP 網絡模型，我推薦的是《圖解 TCP/IP》，這本書也是以大量的圖文來介紹了 TCP/IP 網絡模式的每一層，可是這個書籍的順序不是從「應用層 —> 物理層」，而是從「物理層 -> 應用層」順序開始講的，這一點我以爲不太好，這樣一上來就把最枯燥的部分講了，很容易就被勸退了，因此我建議先跳過前面幾個章節，先看網絡層和傳輸層的章節，而後再回頭看前面的這幾個章節。

《圖解 TCP/IP》

另外，你想了解網絡是怎麼傳輸，那我推薦《網絡是怎樣鏈接的》，這本書相對比較全面的把訪問一個網頁的發生的過程講解了一遍，其中關於電信等運營商是怎麼傳輸的，這部分你能夠跳過，固然你感興趣也能夠看，只是我以爲不必看。

《網絡是怎樣鏈接的》

若是你以爲書籍過於枯燥，你能夠結合 B 站《計算機網絡微課堂》視頻一塊兒學習，這個視頻是湖南科技大學老師製做的，PPT 的動圖是我見過作的最用心的了，一看就懂的佳做。

《計算機網絡微課堂》

B 站視頻地址：https://www.bilibili.com/video/BV1c4411d7jb?p=1

深刻學習系列

看完入門系列，相信你對計算機網絡已經有個大致的認識了，接下來咱們也不能放慢腳步，馬不停蹄，藉此機會繼續深刻學習，由於隱藏在背後的細節仍是不少的。

對於 TCP/IP 網絡模型深刻學習的話，推薦《計算機網絡 - 自頂向下方法》，這本書是從咱們最熟悉 HTTP 開始提及，一層一層的說到最後物理層的，有種挖地洞的感受，這樣的內容編排順序相對是比較合理的。

《計算機網絡 - 自頂向下方法》

但若是要深刻 TCP，前面的這些書還遠遠不夠，賦有計算機網絡聖經的之說的《TCP/IP 詳解 卷一：協議》這本書，是進一步深刻學習的好資料，這本書的做者用各類實驗的方式來細說各類協議，但不得不說，這本書真的很枯燥，當時我也啃的很難受，可是它質量是真的很高，這本書我只看了 TCP 部分，其餘部分你能夠選擇性看，可是你必定要過幾遍這本書的 TCP 部分，涵蓋的內容很是全且細。

《TCP/IP 詳解 卷一：協議》

要說我看過最好的 TCP 資料，那一定是《The TCP/IP GUIDE》這本書了，目前只有英文版本的，並且有個專門的網址能夠白嫖看這本書的內容，圖片都是彩色，看起來很舒服很鮮明，小林以前寫的 TCP 文章很多案例和圖片都是參考這裏的，這本書精華部分就是把 TCP 滑動窗口和流量控制說的超級明白，很惋惜擁塞控制部分說的很少。

《The TCP/IP GUIDE》

白嫖站點：http://www.tcpipguide.com/free/t_TCPSlidingWindowAcknowledgmentSystemForDataTranspo-6.htm

固然，計算機網絡最牛逼的資料，那一定 RFC 文檔，它能夠稱爲計算機網絡世界的「法規」，也是最新、最權威和最正確的地方了，困惑你們的 TCP 爲何三次握手和四次揮手，其實在 RFC 文檔幾句話就說明白了。

TCP 協議的 RFC 文檔：https://datatracker.ietf.org/doc/rfc1644/

實戰系列

在學習書籍資料的時候，無論是 TCP、UDP、ICMP、DNS、HTTP、HTTPS 等協議，最好均可以親手嘗試抓數據報，接着能夠用 Wireshark 工具看每個數據報文的信息，這樣你會以爲計算機網絡沒有想象中那麼抽象了，由於它們被你「抓」出來了，並毫無保留地顯如今你面前了，因而你就能夠肆無忌憚地「扒開」它們，看清它們每個頭信息。

那在這裏，我也給你推薦 2 本關於 Wireshark 網絡分析的書，這兩本書都是同一個做者，書中的案例都是源於做者工做中的實際的案例，做者的文筆至關有趣，看起來堪比小說同樣爽，相信你不用一個星期 2 本都能看完了。

《Wireshark 網絡分析就這麼簡單》 與 《Wireshark 網絡分析的藝術》

---

操做系統怎麼學？

操做系統真的能夠說是 Super Man，它爲了咱們作了很是厲害的事情，以致於咱們根本察覺不到，只有經過學習它，咱們才能深入體會到它的精妙之處，甚至會被計算機科學家設計思想所震撼，有些思想實際上也是能夠應用於咱們工做開發中。

操做系統比較重要的四大模塊，分別是內存管理、進程管理、文件系統管理、輸入輸出設備管理。這是我學習操做系統的順序，也是我推薦給你們的學習順序，由於內存管理不只是最重要、最難的模塊，也是和其餘模塊關聯性最大的模塊，先把它搞定，後續的模塊學起來我認爲會相對輕鬆一些。

學習的過程當中，你可能會遇到不少「虛擬」的概念，好比虛擬內存、虛擬文件系統，實際上它們的本質上都是同樣的，都是向下屏蔽差別，向上提供統一的東西，以方便咱們程序員使用。

還有，你也遇到各類各樣的調度算法，在這裏你能夠看到數據結構與算法的魅力，重要的是咱們要理解爲何要提出那麼多調度算法，你固然能夠說是爲了更快更有效率，可是因什麼問題而所以引入新算法的這個過程，更是咱們重點學習的地方。

你也會開始明白進程與線程最大的區別在於上下文切換過程當中，線程不用切換虛擬內存，由於同一個進程內的線程都是共享虛擬內存空間的，線程就單這一點不用切換，就相比進程上下文切換的性能開銷減小了不少。因爲虛擬內存與物理內存的映射關係須要查詢頁表，頁表的查詢是很慢的過程，所以會把經常使用的地址映射關係緩存在 TLB 裏的，這樣即可以提升頁表的查詢速度，若是發生了進程切換，那 TLB 緩存的地址映射關係就會失效，緩存失效就意味着命中率下降，因而虛擬地址轉爲物理地址這一過程就會很慢。

你也開始不會傻傻的認爲 read 或 write 以後數據就直接寫到硬盤了，更不會以爲屢次操做 read 或 write 方法性能會很低，由於你發現操做系統會有個「磁盤高速緩衝區」，它已經幫咱們作了緩存的工做，它會預讀數據、緩存最近訪問的數據，以及使用 I/O 調度算法來合併和排隊磁盤調度 I/O，這些都是爲了減小操做系統對磁盤的訪問頻率。

……

還有太多太多了，我在這裏就不贅述了，剩下的就交給大家在學習操做系統的途中去探索和發現了。

還有一點須要注意，學操做系統的時候，不要誤覺得它是在說 Linux 操做系統，這也是我初學的時候犯的一個錯誤，操做系統是集合大多數操做系統實現的思想，跟實際具體實現的 Linux 操做系統多少都會有點差異，若是要想 Linux 操做系統的具體實現方式，能夠選擇看 Linux 內核相關的資料，可是在這以前你先掌握了操做系統的基本知識，這樣學起來才能事半功倍。

入門系列

對於沒學過操做系統的小白，我建議學的時候，不要直接悶頭看書。相信我，你不用幾分鐘就會打退堂鼓，而後就把厚厚的書拿去墊顯示器了，今後再無後續，畢竟直接看書太特喵的枯燥了，固然不如用來墊顯示器玩遊戲來着香。

B 站關於操做系統課程資源不少，我在裏面也看了不一樣老師講的課程，以爲比較好的入門級課程是《操做系統 - 清華大學》，該課程由清華大學老師向勇和陳渝授課，雖然咱們上不了清華大學，可是至少咱們能夠在網上選擇聽清華大學的課嘛。課程授課的順序，就如我前面推薦的學習順序：「內存管理 -> 進程管理 -> 文件系統管理 -> 輸入輸出設備管理」。

《操做系統 - 清華大學》

B 站清華大學操做系統視頻地址：https://www.bilibili.com/video/BV1js411b7vg?from=search&seid=2361361014547524697

該清華大學的視頻教學搭配的書應該是《現代操做系統》，你能夠視頻和書籍二者結合一塊兒學，好比看完視頻的內存管理，而後就看書上對應的章節，這樣相比直接啃書相對會比較好。

《現代操做系統》

清華大學的操做系統視頻課講的比較精煉，涉及到的內容沒有那麼細，《操做系統 - 哈工大》李治軍老師授課的視頻課程相對就會比較細節，老師會用 Linux 內核代碼的角度帶你進一步理解操做系統，也會用生活小例子幫助你理解。

《操做系統 - 哈工大》

B 站哈工大操做系統視頻地址：https://www.bilibili.com/video/BV1d4411v7u7?from=search&seid=2361361014547524697

深刻學習系列

《現代操做系統》這本書我感受缺乏比較多細節，說的仍是比較籠統，並且書也好無聊。

推薦一個說的更細的操做系統書 —— 《操做系統導論》，這本書不只告訴你 What，還會告訴你 How，書的內容都是按部就班，層層遞進的，閱讀起來仍是以爲挺有意思的，這本書的內存管理和併發這兩個部分說的很棒，這本書的中文版本我也沒找到資源，不過微信讀書能夠免費看這本書。

《操做系統導論》

固然，少不了這本被稱爲神書的《深刻理解計算機系統》，豆瓣評分高達 9.8 分，這本書嚴格來講不算操做系統書，它是以程序員視角理解計算機系統，不僅是涉及到操做系統，還涉及到了計算機組成、C 語言、彙編語言等知識，是一本綜合性比較強的書。

《深刻理解計算機系統》

它告訴咱們計算機是如何設計和工做的，操做系統有哪些重點，它們的做用又是什麼，這本書的目標其實即是要講清楚原理，但並不會把某個話題挖掘地過於深刻，過於細節。看看這本書後，咱們就能夠對計算機系統各組件的工做方式有了理性的認識。在必定程度上，其實它是在鍛鍊一種思惟方式 —— 計算思惟。

---

最後

好了，小林本次的分享就到這裏了，不知道推薦的書和視頻是否和你的「口味」，同時也歡迎你在留言區裏分享你是怎麼學習它們的，又有什麼好書推薦給你們呢？