掏心掏肺分享，大學四年我是怎么學作業系統和計算機網路的？

最近收到不少讀者留言，關于怎么學「作業系統」和「計算機網路」的留言，小林寫這一塊的內容也有半年多了，啃非常多的書，也看了很多視頻，有好的有差的，今天就掏心掏肺地分享給大家，

作業系統和計算機網路有多重要呢？如果沒有作業系統，我們的手機和電腦可以說是廢鐵了，自然它們都沒有使用價值了，另外如果沒有計算機網路，我們的手機和電腦就是一座「孤島」了，孤島的世界很單調，也沒有什么色彩，也正是因為計算機網路，才創造出這么豐富多彩的互聯網世界，

身為程式員的我們，那更應該深刻理解和掌握它們，雖然我們日常 CURD 的作業中，即使不熟悉它們，也不妨礙我們寫代碼，但是當出現問題時，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，可以說是程式員之間的分水嶺，

事實上，我們作業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，如果計算機基礎學的很扎實，雖然不敢保證我們能 100% 解決，但是至少遇到問題時，我們有一個排查的方向，或者直接就定位到問題所在，然后再一步一步嘗試解決，解決了問題，自然就體現了我們自身的實力和價值，職場也會越走越遠，

我自己作業中就深刻體會到了它們多重要性，我最近專案就遇到 TCP 比較底層的問題，我們的一個 Web 服務運行久之后，就無法與客戶端正常建立連接了，使用 tcpdump 抓包發現 TCP 三次握手程序中，服務端把客戶端握手程序中最后 1 個 ack 給丟掉了，

剛開始覺得非常的莫名奇妙，后面想起自己寫過一篇 TCP 半連接和全連接佇列的文章，就往這個方向排查問題，于是執行 netstat -s 命令查看 TCP error 相關的資訊，發現 TCP 全連接佇列溢位了，接著再通過 ss -lnt 命令進一步確認，當前 TCP 全連接佇列確實超過了 TCP 全連接佇列最大值，這個問題就很快定位出來了，

另外，當 TCP 全連接佇列溢位后，由于 tcp_abort_on_overflow 內核引數默認為 0，所以服務端會丟掉客戶端發過來的 ack，如果你把該引數設定為 1，那現象將變成，服務端會給客戶端發送 RST 報文，廢棄掉連接，

那要擴大全連接佇列也不難，TCP 全連接佇列最大值取決于 somaxconn 和 backlog 之間的最小值，也就是 min(somaxconn, backlog)，其中 somaxconn 是內核引數，而 backlog 是我們程式 listen 方法中指定的引數，

上面這個小例子，很明顯是無法通過看應用層的代碼來解決的，必須了解 TCP 的機制，才能找到解決之道，

鋪墊了那么多，接下里進入正題，

計算機網路怎么學？

計算機網路相比作業系統好學非常多，因為計算機網路不抽象，你要想知道網路中的細節，你都可以通過抓包來分析，而且不管是手機、個人電腦和服務器，它們所使用的計算網路協議是一致的，

也就是說，計算機網路不會因為設備的不同而不同，大家都遵循這一套「規則」來相互通信，這套規則就是 TCP/IP 網路模型，

TCP/IP 網路參考模型共有 4 層，其中需要我們熟練掌握的是應用層、傳輸層和網路層，至于網路介面層（資料鏈路層和物理層）我們只需要做簡單的了解就可以了，

對于應用層，當然重點要熟悉最常見的 HTTP 和 HTTPS，傳輸層 TCP 和 UDP 都要熟悉，網路層要熟悉 IPv4，IPv6 可以做簡單點了解，

我覺得學習一個東西，就從我們常見的事情開始著手，

比如， ping 命令可以說在我們判斷網路環境的時候，最常使用的了，你可以先把你電腦 ping 你舍友或同事的電腦的程序中發生的事情都搞明白，這樣就基本知道一個資料包是怎么轉發的了，于是你就知道了網路層、資料鏈路層和物理層之間是如何作業，如何相互配合的了，

搞明白了 ping 程序，我相信你學起 HTTP 請求程序的時候，會很快就能掌握了，因為網路層以下的作業方式，你在學習 ping 的時候就已經明白了，這時就只需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程序了，這也是面試常見的題目了，畢竟它能考察你網路知識的全面性，

重中之重的知識就是 TCP 了，TCP 不管是建立連接、斷開連接的程序，還是資料傳輸的程序，都不能放過，針對資料可靠傳輸的特性，又可以拆解為超時重新、流量控制、滑動視窗、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，另外我們還得知道 Linux 提供的 TCP 內核的引數的作用，這樣才能從容地應對作業中遇到的問題，

接下來，推薦我看過并覺得不錯的計算機網路相關的書籍和視頻，

入門系列

此系列針對沒有任何計算機基礎的朋友，如果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，

如果你要入門 HTTP，首先最好書籍就是《圖解 HTTP》了，作者真的做到完完全全的「圖解」，小林的圖解功夫還是從這里偷學到不少，書籍不厚，相信優秀的你，幾天就可以看完了，

如果要入門 TCP/IP 網路模型，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 網路模式的每一層，但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，這一點我覺得不太好，這樣一上來就把最枯燥的部分講了，很容易就被勸退了，所以我建議先跳過前面幾個章節，先看網路層和傳輸層的章節，然后再回頭看前面的這幾個章節，

另外，你想了解網路是怎么傳輸，那我推薦《網路是怎樣連接的》，這本書相對比較全面的把訪問一個網頁的發生的程序講解了一遍，其中關于電信等運營商是怎么傳輸的，這部分你可以跳過，當然你感興趣也可以看，只是我覺得沒必要看，

如果你覺得書籍過于枯燥，你可以結合 B 站《計算機網路微課堂》視頻一起學習，這個視頻是湖南科技大學老師制作的，PPT 的動圖是我見過做的最用心的了，一看就懂的佳作，

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

深入學習系列

看完入門系列，相信你對計算機網路已經有個大體的認識了，接下來我們也不能放慢腳步，快馬加鞭，借此機會繼續深入學習，因為隱藏在背后的細節還是很多的，

對于 TCP/IP 網路模型深入學習的話，推薦《計算機網路 - 自頂向下方法》，這本書是從我們最熟悉 HTTP 開始說起，一層一層的說到最后物理層的，有種挖地洞的感覺，這樣的內容編排順序相對是比較合理的，

但如果要深入 TCP，前面的這些書還遠遠不夠，賦有計算機網路圣經的之說的《TCP/IP 詳解 卷一：協議》這本書，是進一步深入學習的好資料，這本書的作者用各種實驗的方式來細說各種協議，但不得不說，這本書真的很枯燥，當時我也啃的很難受，但是它質量是真的很高，這本書我只看了 TCP 部分，其他部分你可以選擇性看，但是你一定要過幾遍這本書的 TCP 部分，涵蓋的內容非常全且細，

要說我看過最好的 TCP 資料，那必定是《The TCP/IP GUIDE》這本書了，目前只有英文版本的，而且有個專門的網址可以白嫖看這本書的內容，圖片都是彩色，看起來很舒服很鮮明，小林之前寫的 TCP 文章不少案例和圖片都是參考這里的，這本書精華部分就是把 TCP 滑動視窗和流量控制說的超級明白，很可惜擁塞控制部分說的不多，

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

當然，計算機網路最牛逼的資料，那必定 RFC 檔案，它可以稱為計算機網路世界的「法規」，也是最新、最權威和最正確的地方了，困惑大家的 TCP 為什么三次握手和四次揮手，其實在 RFC 檔案幾句話就說明白了，

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

實戰系列

在學習書籍資料的時候，不管是 TCP、UDP、ICMP、DNS、HTTP、HTTPS 等協議，最好都可以親手嘗試抓資料報，接著可以用 Wireshark 工具看每一個資料報文的資訊，這樣你會覺得計算機網路沒有想象中那么抽象了，因為它們被你「抓」出來了，并毫無保留地顯現在你面前了，于是你就可以肆無忌憚地「扒開」它們，看清它們每一個頭資訊，

那在這里，我也給你推薦 2 本關于 Wireshark 網路分析的書，這兩本書都是同一個作者，書中的案例都是源于作者作業中的實際的案例，作者的文筆相當有趣，看起來堪比小說一樣爽，相信你不用一個星期 2 本都能看完了，

作業系統怎么學？

作業系統真的可以說是 Super Man，它為了我們做了非常厲害的事情，以至于我們根本察覺不到，只有通過學習它，我們才能深刻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可以應用于我們作業開發中，

作業系統比較重要的四大模塊，分別是記憶體管理、行程管理、檔案系統管理、輸入輸出設備管理，這是我學習作業系統的順序，也是我推薦給大家的學習順序，因為記憶體管理不僅是最重要、最難的模塊，也是和其他模塊關聯性最大的模塊，先把它搞定，后續的模塊學起來我認為會相對輕松一些，

學習的程序中，你可能會遇到很多「虛擬」的概念，比如虛擬記憶體、虛擬檔案系統，實際上它們的本質上都是一樣的，都是向下屏蔽差異，向上提供統一的東西，以方便我們程式員使用，

還有，你也遇到各種各樣的調度演算法，在這里你可以看到資料結構與演算法的魅力，重要的是我們要理解為什么要提出那么多調度演算法，你當然可以說是為了更快更有效率，但是因什么問題而因此引入新演算法的這個程序，更是我們重點學習的地方，

你也會開始明白行程與執行緒最大的區別在于背景關系切換程序中，執行緒不用切換虛擬記憶體，因為同一個行程內的執行緒都是共享虛擬記憶體空間的，執行緒就單這一點不用切換，就相比行程背景關系切換的性能開銷減少了很多，由于虛擬記憶體與物理記憶體的映射關系需要查詢頁表，頁表的查詢是很慢的程序，因此會把常用的地址映射關系快取在 TLB 里的，這樣便可以提高頁表的查詢速度，如果發生了行程切換，那 TLB 快取的地址映射關系就會失效，快取失效就意味著命中率降低，于是虛擬地址轉為物理地址這一程序就會很慢，

你也開始不會傻傻的認為 read 或 write 之后資料就直接寫到硬碟了，更不會覺得多次操作 read 或 write 方法性能會很低，因為你發現作業系統會有個「磁盤高速緩沖區」，它已經幫我們做了快取的作業，它會預讀資料、快取最近訪問的資料，以及使用 I/O 調度演算法來合并和排隊磁盤調度 I/O，這些都是為了減少作業系統對磁盤的訪問頻率，

……

還有太多太多了，我在這里就不贅述了，剩下的就交給你們在學習作業系統的途中去探索和發現了，

還有一點需要注意，學作業系統的時候，不要誤以為它是在說 Linux 作業系統，這也是我初學的時候犯的一個錯誤，作業系統是集合大多數作業系統實作的思想，跟實際具體實作的 Linux 作業系統多少都會有點差別，如果要想 Linux 作業系統的具體實作方式，可以選擇看 Linux 內核相關的資料，但是在這之前你先掌握了作業系統的基本知識，這樣學起來才能事半功倍，

入門系列

對于沒學過作業系統的小白，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，然后就把厚厚的書拿去墊顯示幕了，從此再無后續，畢竟直接看書太特喵的枯燥了，當然不如用來墊顯示幕玩游戲來著香，

B 站關于作業系統課程資源很多，我在里面也看了不同老師講的課程，覺得比較好的入門級課程是《作業系統 - 清華大學》，該課程由清華大學老師向勇和陳渝授課，雖然我們上不了清華大學，但是至少我們可以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：「記憶體管理 -> 行程管理 -> 檔案系統管理 -> 輸入輸出設備管理」，

B 站清華大學作業系統視頻地址：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《現代作業系統》，你可以視頻和書籍兩者結合一起學，比如看完視頻的記憶體管理，然后就看書上對應的章節，這樣相比直接啃書相對會比較好，

清華大學的作業系統視頻課講的比較精煉，涉及到的內容沒有那么細，《作業系統 - 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作業系統，也會用生活小例子幫助你理解，

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

深入學習系列

《現代作業系統》這本書我感覺缺少比較多細節，說的還是比較籠統，而且書也好無聊，

推薦一個說的更細的作業系統書 —— 《作業系統導論》，這本書不僅告訴你 What，還會告訴你 How，書的內容都是循序漸進，層層遞進的，閱讀起來還是覺得挺有意思的，這本書的記憶體管理和并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，不過微信讀書可以免費看這本書，

當然，少不了這本被稱為神書的《深入理解計算機系統》，豆瓣評分高達 9.8 分，這本書嚴格來說不算作業系統書，它是以程式員視角理解計算機系統，不只是涉及到作業系統，還涉及到了計算機組成、C 語言、匯編語言等知識，是一本綜合性比較強的書，

它告訴我們計算機是如何設計和作業的，作業系統有哪些重點，它們的作用又是什么，這本書的目標其實便是要講清楚原理，但并不會把某個話題挖掘地過于深入，過于細節，看看這本書后，我們就可以對計算機系統各組件的作業方式有了理性的認識，在一定程度上，其實它是在鍛煉一種思維方式 —— 計算思維，

最后

好了，小林本次的分享就到這里了，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里分享你是怎么學習它們的，又有什么好書推薦給大家呢？