你好，我是你的老朋友劉超。在“趣談網絡協議”結課半年之後，我又給你帶來了一個新的基礎課程，“趣談Linux操作系統”。
在“趣談網絡協議”的開篇詞中，我表達了作爲一個合格的 IT工程師，在職業生涯中學習基礎知識的重要性。如果說當時，我對這件事只是一種感性認識，在專欄推出之後，我的想法有了一些變化。
我通過留言區和同學們進行了很多互動，也和其他做基礎知識專欄的作者有了不少交流，我發現，無論是從個人的職業發展角度，還是從公司招聘候選人的角度來看，紮實的基礎知識是很多人的訴求。這讓我更加堅信，我應該在“趣談“基礎知識這條道路上走下去。
目前極客時間的專欄，覆蓋了網絡、算法、數學、數據庫、編程語言等各個方面，而操作系統也是基礎中非常重要的一環。尤其我作爲一名雲架構師，Linux操作系統的基礎知識更是必不可少的。在實踐中收穫了很多心得之後，我希望在極客時間繼續跟你分享。
你可能會說，我們大學裏上過操作系統的課，而且每天都在用操作系統，爲什麼還要專門學一遍呢？儘管我的操作系統課成績不錯，但是在大學的時候，我和你的看法一樣，我覺得這門課沒有什麼用，現在回想起來可能有這樣幾個原因。
第一，大學裏普遍使用的操作系統是Windows，老師大多也用Windows。Windows的優勢是界面友好，很容易上手，於是我們就養成了要配置東西了就去菜單找，用鼠標點點的習慣，似乎會攢電腦、裝系統、配軟件就能搞定一切問題。
第二，一種操作系統對應的是一系列的軟件生態，而大學裏很多課程都是圍繞Windows軟件生態展開的。例如學C++用的是Vistual Studio，學數據庫用的是SQL Server，做網站用的是IIS等等。
第三，大學裏的操作系統課往往都是純講理論，講了很多原理，但是壓根兒沒法和平時用的Windows系統的行爲關聯起來，也根本弄不清操作系統在底層到底是怎麼做的。
直到畢業之後，我加入EMC，第一個項目就是基於Linux開發分佈式文件系統。你能想象，只能對着一個黑框敲命令時，我心中的崩潰嗎？我那時真的覺得，我大學的操作系統算是白學了。於是，我痛定思痛，開啓了學習Linux的征程。
一旦開始學，我發現，Linux對於編程世界來說，簡直就像一扇門。儘管門裏的知識浩如煙海，每一本書都厚如磚頭，但我發現這條路上任何一片景色都精彩無比。
打開Linux操作系統這扇門，你纔是合格的軟件工程師
根據2018年W3Techs的數據統計，對於服務器端，Unix-Like OS佔的比例近70%，其中Linux可以稱得上是中流砥柱。隨着移動互聯網的發展，客戶端基本上以Android和iOS爲主。Android是基於Linux內核的，因而客戶端也進入了Linux陣營。可以說，在編程世界中，Linux就是主流，不會Linux你就會格格不入。
那些火得不行的技術，什麼雲計算、虛擬化、容器、大數據、人工智能，幾乎都是基於Linux技術的。那些牛得不行的系統，團購、電商、打車、快遞，都是部署在服務端，也幾乎都是基於Linux技術的。
所以說，如果你想進大公司，想學新技術，Linux一定是一道繞不過去的坎。只有進入Linux操作系統這扇門，你才能成爲合格的軟件工程師。
研究Linux內核代碼，你能學到數據結構與設計模式的落地實踐
Linux最大的優點就是開源。作爲程序員，有了代碼，啥都好辦了。只要有足夠的耐心，我們就可以一層一層看下去，看內核調度函數，看內存分配過程。理論理解起來不容易，但是一行行的“if-else”卻不會產生歧義。
在Linux內核裏，你會看到數據結構和算法的經典使用案例；你甚至還會看到併發情況下的保護這種複雜場景；在實踐中遇到問題的時候，你可以直接參考內核中的實現。
例如，平時看起來最簡單的文件操作，通過閱讀Linux代碼，你能學到從應用層、系統調用層、進程文件操作抽象層、虛擬文件系統層、具體文件系統層、緩存層、設備I/O層的完美分層機制，尤其是虛擬文件系統對於接入多種類型文件系統的抽象設計，在很多複雜的系統裏面，這個思想都能用得上。
再如，當你寫代碼的時候，大部分情況下都可以使用現成的數據結構和算法庫，但是有些場景對於內存的使用需要限制到很小，對於搜索的時間需要限制到很小的時候，我們需要定製化一些數據結構，這個時候內核裏面這些實現就很有參考意義了。
瞭解Linux操作系統生態，能讓你事半功倍地學會新技術
Linux是一個生態，裏面豐富多彩。很多大牛都是基於Linux來開發各種各樣的軟件。可以這麼說，只要你能想象到的技術領域，幾乎都能在裏面找到Linux的身影。
數據庫MySQL、PostgreSQL，消息隊列RabbitMQ、Kafka，大數據Hadoop、Spark，虛擬化KVM、Openvswitch，容器Kubernetes、Docker，這些軟件都會默認提供Linux下的安裝、使用、運維手冊，都會默認先適配Linux。
因此，在Linux環境下，很容易能夠找到現成的工具，這不僅會讓你的工作事半功倍，還能讓你有親密接觸大牛思想的機會，這對於你個人的技術進步和職業發展都非常有益。
如果不進入Linux世界，你恐怕很難享受到開源軟件如此多的紅利。
考慮到以上這些，在設計“圖解Linux操作系統“這個專欄的時候，我主要秉承兩大原則，希望能夠幫你打開Linux操作系統這扇門。
第一個原則仍然是“趣談”。我希望通過故事化的方式，將枯燥的基礎知識結合某個場景，給你生動、具象地講述出來，幫你加深理解、鞏固記憶、夯實基礎。
操作系統是幹什麼的呢？我們都知道，一臺物理機上有很多硬件，最重要的就是CPU、內存、硬盤、網絡。同時，一臺物理機上也要跑很多程序，這些資源應該給誰用呢？當然是大家輪着用，誰也別獨佔，誰也別餓着。爲了完成資源分配這件事，操作系統承擔了一個“大管家”的作用。它將硬件資源分配給不同的用戶程序使用，並且在適當的時間將這些資源拿回來，再分配給其他的用戶進程。
鑑於操作系統這個“大管家”的角色，我設計了一個故事，將各個知識點串起來，來幫助你理解和記憶。
假設，我們現在就是在做一家外包公司，我們的目標是把這家公司做上市。其中，操作系統就是這家外包公司的老闆。我們把這家公司的發展階段分爲這樣幾個時期：
- 初創期：這個老闆基於開放的營商環境（x86體系結構），創辦一家外包公司（系統的啓動）。因爲一開始沒有其他員工，老闆需要親自接項目（實模式）。
- 發展期：公司慢慢做大，項目越接越多（保護模式、多進程），爲了管理各個外包項目，建立了項目管理體系（進程管理）、會議室管理體系（內存管理）、文檔資料管理系統（文件系統）、售前售後體系（輸入輸出設備管理）。
- 壯大期：公司越來越牛，開始促進內部項目的合作（進程間通信）和外部公司合作（網絡通信）。
- 集團化：公司的業務越來越多，會成立多家子公司（虛擬化），或者鼓勵內部創業（容器化），這個時候公司就變成了集團。大管家的調度能力不再侷限於一家公司，而是集團公司（Linux集羣），從而成功上市（從單機操作系統到數據中心操作系統）。
第二個原則就是圖解。Linux操作系統中的概念非常多，數據結構也很多，流程也複雜，一般人在學習的過程中很容易迷路。所謂“一圖勝千言”，我希望能夠通過圖的方式，將這些複雜的概念、數據結構、流程表現出來，爭取用一張圖串起一篇文章的知識點。最終，整個專欄下來，你如果能把這些圖都掌握了，你的知識就會形成體系和連接。在此基礎上再進行深入學習，就會如魚得水、易如反掌。
例如，這張圖就表示了文件操作在各個層的數據結構的關聯。只要你學完之後，能對着這張圖將它們之間的關係講清楚，對於文件系統的部分，你就會瞭然於心了。