IT人的十八般武艺-操作系统

操作系统，是IT人的任督二脉（之一）。打通这跟筋，便可功力精进，横扫天下。为什么这么说？为什么操作系统如此重要？原因如下：

1）只要你搞软件，就离不开OS。即便你是玩Cisco的，也还要面对IOS吧。

2）大规模架构设计和系统集成，需要对底层OS的能力和容量非常熟悉，才能驾轻就熟。

3）诊断纠错需要熟悉操作系统。

4）性能优化需要熟悉操作系统。

5）搞计算机和网络安全更需要懂操作系统。

5）软件开发需要懂操作系统，如果对OS和API平台不熟悉，那就是两眼一摸黑，出了问题立刻抓瞎。

操作系统，百度百科上是这么解释的：操作系统是控制其他程序和后台服务运行（控制程序），管理系统软硬件资源（管理资源）并为用户提供操作界面（提供界面）的系统软件的集合。这句话写得太好了，把OS的三个职能清晰的展现给我们了：控制程序、管理资源、提供界面（用户图形界面和编程API/SDK）。百度上操作系统这个词条写得非常不错，大家感兴趣可以去看看。我认为，修炼操作系统，应该从两个角度入手，分别是静态的和动态的。静态的，是指熟悉操作系统的基本概念，以及结构和各个模块之间的关系；动态的，是指搞清楚程序在操作系统中运行的过程和方式。

从静态的角度看操作系统

操作系统一般分为内核模式和用户模式。以Windows为例，内核模式中主要包括一些对硬件的管理模块和对程序的控制模块。比如我们熟悉的内存管理器、设备驱动程序管理器、文件系统、安全子系统、注册表等等。一些比较重要的概念和模块是：

1）进程的地址空间。这是包括Windows在内的现代操作系统最核心的概念之一，MSDN上的定义是：所有32位应用程序都有4GB的进程地址空间（32 位地址最多可以映射 4 GB 的内存）。对于Windows操作系统，应用程序可以访问2GB的进程地址空间，称为用户模式虚拟地址空间。应用程序拥有的所有线程都共享同一个用户模式虚拟地址空间。其余2GB为操作系统保留（也称为内核模式地址空间）。这个的很多人不求甚解，往往搞不清楚用户模式虚拟地址空间、物理内存、虚拟内存、内存映射、页面文件等等之间的关系。应用程序对内从的申请和使用过程，也需要理解的非常的透彻，这一部分，在我下面提到的推荐书籍Windows核心编程中，有非常透彻的讲解。

2）进程和线程。这些都是操作系统教材上老生常谈的概念了，进程就不多说了，线程很重要，尤其是操作系统对多线程的实现和处理方式，这是学习服务器端编程或者其他比较深入工作所必须掌握的知识。侯捷曾经翻译过一本《Win32 多线程程序设计》，这本书非常的好，是从另一个侧面学习操作系统的优秀教材。

3）驱动程序。你可能不知道，80%以上的Windows蓝屏死机，是由在Windows系统内核中运行的第三方驱动程序造成的。驱动程序不仅仅包硬件驱动，一些防病毒软件、防火墙，甚至×××软件的，都会在Windows中安装驱动。理解操作系统是如何处理对硬件的访问，驱动程序的类型，驱动程序的安装和加载过程，这些都很重要。你可以不会写驱动程序，但是有这些基本的概念。

4）安全子系统。一提到安全，很多人第一个想到的是***。其实，Windows的安全子系统是非常复杂的，远远不是那些仅仅会使用***工具的伪***所能够掌握的。安全是一个非常奥妙的话题，可以一直很深入钻下去。在自称***之前，请至少先看完《Writing Security Code》。

5）文件系统。随着大规模网络存储技术的普及，需要系统管理员对操作系统的磁盘管理，IO管理，各类文件系统的支持有非常深入的理解。以NTFS为例，其实这个文件系统远远比你想象的复杂，类似于hardlink、数据流、日志等等高级功能，都有值得深入研究的地方。

6）注册表。这个概念每个人都知道，但是我们还需要更深入的理解注册表，知道它的格式、Windows记录内容的习惯、注册表文件的安全和备份、注册表的离线修改和维护，等等。

动口不如动手，我们可以用Sysinternal工具箱中的一些工具，对我刚才说的这些概念，进行一些深入和感性的认识。回家作业：请下载Sysinternals工具箱，并把如下的7个工具逐一操练，搞清楚通过这些工具得到的信息有什么用，在诊断排错的时候，如何选用这些工具。

1）Process Explorer；2）Process Monitor；3）pagedfrg；4）ntfsinfo；5）VMMMap；6）WinObj；7）Diskmon

以下部分尚未完成，把半成品和提纲先行贴出。最近工作非常的忙，只能见缝插针，慢慢地更新了。

在用户模式下，是大量的上层应用程序控制和管理的组件。比如我们熟悉的用户界面、后台服务等等。也有一些非常重要，但是我们并不太熟悉的模块，比如会话管理器、Win32子系统等等。大量的应用程序和后台服务都是工作在用户模式下，我们也需要对用户模式的各个模块和特点有所掌握。

1）服务

2）会话管理器

3）Win32子系统

从动态的角度看操作系统

操作系统的启动和关机

工具LoadOrd

程序的执行和API的调用

消息队列、多线程等基本概念

作为一个编程平台

COM，组件

.net虚拟机环境

WinDBG是微软著名的调试器。用好这个工具需要相当深厚的功力，不过我们可以拿牛刀来杀鸡，用这个利器，来帮助我们更好地理解Windows和Windows上程序的执行方式。

回家作业：下载WinDBG，初步掌握一些程序外围跟踪和调试的方法。也许你不会成为内核调试高手，也没办法看到Windows源代码，但是可以通过WinDBG，打开一条直通Windwos和应用程序执行本质的桥梁。

一些学习和认识误区

盲从技巧，忽视本质。

假设在先，不求甚解。

深入细节，抓住大局。

操作系统的发展趋势

Google的Chrom OS也许是未来的一个发展趋势（个人看法，与公司无关），它很可能成为操作系统的一个新兴市场和蓝海。如果要做一下未来展望，我们应该首先从操作系统的三个核心功能出发：控制程序、管理资源、提供界面。

1）在控制应用程序方面，

2）对于资源的管理，动态IT的概念。单机操作系统的发展已经日趋成熟和完善，从单机操作系统对单机硬件资源的管理，到针对计算资源池的动态管理和规划。云计算的本质。从消费级别来看，操作系统的应用越发从PC计算到扩展到各类消费类电子产品，类似手机、游戏机、数码影音设备等等。

3）提供界面，用户界面走向自然化，向NUI过渡；编程界面更加灵活，跨平台

再更进一步的扩展思路，

推荐读物

1、Andrew S. Tanenbaum的《Modern Operating Systems》（现代操作系统）是我非常推荐的一本“教科书”。豆瓣上的评论是这样的，大家可以参考参考。

2、《Windows Internals》，这是你能买到的有关Windows操作系统最全面也是最深入的书籍之一。这本书是比较难懂的，很多人买来，一般看到第三章就看不下去了。不过其实把头两章读懂，已经收获颇多了。另外Mark大牛的Sysinternal工具箱，也应该是必备的。

3、说道了解程序在OS中的执行过程，我觉得Jeff Ricard大牛的那本经典之作《Windows核心编程》是不能不看的。虽然是Win32时代的老书了，但是只要Windows存在一天，只要还有Win32 SDK写的应用程序，那本书就不过时。有人评论说：“从内容来说，确实是一本独一无而的书。虽然总是从API引出，但却相当深入的介绍了Windows的一些设计方面的东西和运行机制。诸如进程、线程、内存管理等，对一个想深入了解Windows的人来说是大有裨益的”。

4、2007年的时候，我曾在TechNet上邀请微软内部的专家开办了一个有关Windows的系列讲座，名称是《深入研究Windows内部原理系列网络广播》，也算是Windows Internals一书的真人中文有声版本，一并推荐给大家。

其实每次我推荐图书资料时都小心谨慎、如履薄冰，很担心对读者产生误导。

因此，最后还要说一句，请根据自己的需要选择，千万不要犯资料导向型的错误。

本文出自 “喻勇的博客” 博客，请务必保留此出处http://yongyu2000.blog.51cto.com/962342/234809

本文出自 51CTO.COM技术博客

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