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計算機基礎知識的最小集合

來自:碼農翻身(微信號:coderising)

 

很多人工作後痛感計算機基礎知識的缺乏, 那計算機基礎知識都有哪些呢?

 

我覺得首先計算機專業的那六大件:組成原理,操作系統,資料庫,編譯原理,計算機網絡,資料結構(這個說太多遍了,這次不再講了), 其次還得加上分佈式的基礎知識, 因為現在的系統都變成分佈式的了。

 

如果你是做應用層開發的,那幾門課程中的有些內容和日常工作關聯度不大,我挑那些最重要的來說一說,也算是一個最小集合吧!

 

計算機組成原理

 

如果你不是做操作系統/驅動程式的,直接和硬體打交道的機會很少,因為操作系統已經把他們屏蔽掉了,提供了抽象的API給我們使用。

 

但是還必須理解馮諾依曼體系的結構,CPU和記憶體,硬碟,各種外設之間的關係,暫存器、快取等知識。

 

CPU有哪些指令,如何執行這些指令,如果實現陣列,結構體,函式呼叫,這就涉及到彙編的知識。

 

像原碼,反碼,補碼,定點數、浮點數的表示和運算也是編程中必備的知識,幾乎每種語言都要涉及。

 

現在很多語言都是在虛擬機上運行的,你只要是瞭解了計算機的組成原理,再去看哪些虛擬機,就會發現概念都是相通的。

 

另外CPU中的快取,快取一致性協議,DMA的異步思想都會在應用層中有所體現。

 

如果能找一本書,盡可能多的囊括這些知識的話,我覺得還是神書《深入理解計算機系統》的前4章, 我之前還對它寫過一個書評,在這裡:為什麼說《深入理解計算機系統》是一本神書?

 

《編碼》是一個更加科普性,但是也更加有趣的講組成原理的書。

 

操作系統

 

操作系統是比較枯燥的, 站在應用層的角度,我認為重點是掌握操作系統對外提供的抽象,包括行程、執行緒,檔案,虛擬記憶體,以及行程間的通信問題。

 

幾乎所有的編程語言都會涉及到對多行程或者多執行緒編程的支持, 特別是多執行緒的併發編程,所以必須得搞明白他們的本質是什麼,執行緒都有哪些實現方式(對以後學習各種語言和併發模型有極大好處)。得真正地體會到“行程是資源分配的最小單位,執行緒是調度的最小單位。” 這句話的含義。

 

幾乎所有的編程語言都會涉及到鎖和死鎖,最好在最底層理解鎖是怎麼實現的。

 

需要理解虛擬記憶體和物理記憶體直接的關係,分段和分頁,檔案系統的基本原理。

 

對於行程的調度,頁面分配/置換演算法,磁盤的調度演算法,I/O系統,我認為優先級比較低。

 

計算機網絡

 

我認為必須要理解的是這些:

 

什麼分組交換

 

TCP可靠性傳輸原理,TCP/IP的協議細節, 三次握手,四次揮手,TCP狀態轉換。

 

幾個重要的協議DHCP,UDP, ARP, DNS。

 

能夠說出一個客戶端如何在接入網絡以後,通過這些協議,跨域網絡和服務器通信的。

 

和應用層結合非常緊密的Socket知識和網絡安全(對稱加密,非對稱加密,Hash, 數字簽名,以及集大成者Https)

 

至於網絡層的路由選擇演算法,鏈路層的各種協議,我認為優先級比較低。

 

還有一個重要的知識點,一般的網絡書都沒提,就是I/O多路復用,涉及到同步/異步,阻塞/非阻塞,select/epoll ,這個是很多軟體的基礎,在《Unix網絡編程》,《深入理解計算機系統》中有講述。

 

以上這些知識,在你學習Redis ,Ngnix, Tomcat, LVS等軟體時將有極大的幫助

 

資料庫

 

這個和日常工作結合極其緊密,不用我再多說,包括最基本的SQL,各種範式,事務及其隔離級別,事務的實現方式,索引及其實現方式,B+樹等等。

 

編譯原理

 

你這一輩子也許都不會去寫一個編譯器,但是很有可能會利用現成的工具去生成/操作一個抽象語法樹(AST),甚至可以會寫一個DSL(領域特定語言)。所以你得理解詞法分析、語法分析、語意分析,中間代碼生成,代碼優化這個基本編譯的過程。

 

學習了編譯與原理,會對語言的一些設計有更深的理解,比如LISP。

 

分佈式的理論知識

 

由於現在的系統慢慢地變成了分佈式, 所以又擴展出了很多相關基礎知識需要學習:

 

資料複製與一致性:

CAP理論, BASE原則,冪等性, 2PC, TCC

Paxos , Raft , Gossip

 

資料分片和路由:

Hash分片:Hash取模(實際中非常常見的演算法), 虛擬桶(Redis使用),一致性Hash(memcached使用)

範圍分片

 

最後想說的是,不能帶著特別功利的目的去學習這些基礎,不能想著立刻、馬上就應用到實戰中,從中獲益。更重要的理解掌握它們背後的思想,有一天你會發現:奧,這個問題我在哪裡見過,可以用類似的辦法來解決啊!

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