资深程序员带你攻克 Linux 系统编程

作者简介：宇文拓，近十年 Linux C/C++ 开发经验，现就职于某创业公司，负责服务器架构与系统设计。曾就职于某通信业知名美企，负责核心网和防火墙产品研发。在 GitHub 上发布了开源项目 AndroidMemTracer。

如果将操作系统比作一辆汽车，那 Linux 就是一辆性能出色的“多功能越野车”。而且，Linux 是完全开放的，为驾驶者提供了“整辆车”的设计图纸。从各种精巧的设计中，你可以获取无尽的知识和智慧，或许从中还能发现研发机器人所需的某个关键部件呢。

正因为 Linux 的开放性与其优秀的性能和稳定性表现，越来越多的应用开始选择 Linux 作为底层的操作系统，包括超级计算机、电信服务器、占相当比例的游戏服务器、顶级的黑客工具，等等。

Linux 广泛的应用场景，吸引了越来越多开发者的关注。对于开发者来说，会使用 Linux，并能在 Linux 上进行系统开发已成为一项非常实用的技能。

Linux 虽好，但学习之路并不是一马平川的。

Linux 系统编程的难点

我们来看看 Linux 的几只拦路虎。

• 对于有一定 Linux 开发基础希望进阶学习 Linux 系统编程的开发人员来说，其难点在于，Linux 所囊括的技术点繁杂，往往不知从何下手。
• 而对于稍有些系统编程经验的 Linux 开发者来说，难点往往在于，缺乏对底层技术的透彻理解，而不能自如地把握和控制好系统的复杂行为。同时，底层技术也经常成为中级开发者晋升到高级职位的瓶颈。

技术繁杂，很难把握头绪

Linux 内容纷繁复杂，会让学习者不知从何处下手。虽说 Linux 开放了所有设计图纸，可如果将这些图纸全部打印出来，可能要装满整个房间，即使号称 Linux 源码航海图的《深入理解 Linux 内核》图书也有 800 多页。如果毫无方向地从头看起，看不了几页可能就昏昏欲睡了。

在我最开始接触 Linux 系统开发，还没有多少真实项目经验时，就曾数次扑进 Linux 设计图纸里，但每次都坚持不了几个月，然后带着受伤的自信心惨败而归。

对于 Linux 开发者，这时如果能有一本 Linux 航海图的阅读指引，标注出航海图上宝藏的埋藏位置和宝藏简介，一定可以让学习过程更有方向性，也更加轻松愉悦。

不了解底层原理，难从根源解决问题

开发者在最初开发 Linux 系统上的应用和服务时，往往会将大量精力倾注在实现业务需求上，对底层技术的实现细节并没有特别深刻的理解。

但随着系统复杂性的提高，开发人员只有对底层实现细节有越来越透彻的理解，才能更好地把握和控制系统的复杂行为。否则一旦遇到如下这些问题，将很难从根源上解决。

• 程序在某个位置出现间歇性崩溃，可当我添加一行调试用的日志后，就再也没崩溃过了，这背后到底是怎么回事呢？
• 我写了一个多进程模型的服务器，但总感觉新进程启动地不干净，有时会有些父进程的东西掺和到子进程里来。可如果让父进程在启动子进程之前做更多的计算，或者单纯多等一会，这种情况发生的概率便大大减少了，该系统的行为让人有点捉摸不透，其背后的原因是什么呢？
• 我的信号处理程序与主程序使用同一个共享变量来交换信息，大多数时候都能正常工作，可总会时不时抽风一下，代码都已仔细检查过，找不出任何逻辑上的问题。这让人非常苦恼，到底是哪里出现问题了？

类似这种程序表现与预期不完全一致的情况会让开发者非常头疼，尤其是那种大部分时间表现正常，偶尔会“抽风”的情况。

以上令人头疼的问题，我不止一次地经历过，数次被 Linux 伤害自信的感觉至今仍记忆犹新。

幸运的是，在经历了多次探索、踩坑之后，Linux 系统的行为特点以及如此设计的内在原因终于在我眼前逐渐明晰起来，这个系统内部精巧的设计也越来越清晰地展现在我眼前。

我的踩坑经验

在看到 Linux 各种功能在商业项目中的实际应用场景之后，再去看与之相关的内核实现时，我对它的设计和实现思路逐渐有了更加深刻的理解。因此，在深入到 Linux 内核错综复杂的设计细节之前，建议大家首先对系统对外提供的功能有整体上的把握，这样我们才不容易迷路，且在学习时目标也会更加明确。

其实，计算机世界并不神秘，在它丰富多彩、变化莫测的表象之下，是简单的规则和精巧而严谨的设计，就像我们生活的这个丰富多彩的世界，它的所有运动都在严格遵循着最基本而简单的物理规律一样。因此，**如果清楚理解了 Linux 系统底层的行为逻辑和设计准则，原本不可捉摸的上层表现就会变得理所当然，**比如：

• 在完全理解了程序运行时的内存布局之后，你就不会因为原本会崩溃的程序在加了一行调试信息之后不再崩溃而惊奇；
• 在理解了进程创建的底层处理过程之后，就不会对“不干净”的子进程束手无策，相反，你会完全清楚到底发生了什么，以及应该如何避免；
• 在理解了信号处理的底层过程之后，就有能力写出完全按照设计功能运行的信号处理程序，没有任何不可预料。

我期待自己所遭遇的痛苦经历不要在广大 Linux 开发者身上重演，期待大家能够做到快速高效学习 Linux，因此，我将自己多年积累的踩坑经验整理成了《攻克 Linux 系统编程》达人课。

本课程浓缩了我近十年开发经验精华，不仅帮你深入了解 Linux 这辆车所提供的各种功能，更能获得宝贵的商业项目开发经验，轻松自如驾驭它。有时为了帮助大家更深刻理解某一部分内容，我们还会拆开它的“外壳”，深入到内部一探究竟。

通过该课程，Linux 应用开发者还可以进一步丰富自己的技能树和工具箱，开发出更加出色、功能更加强大的应用。而 Linux 内核初学者，也可以在开始内核之旅之前，先通过该课程对系统有个整体全面的认识，在深入到茫茫的设计图纸时，脑海中能有个全景图，避免自己迷失在大量的精巧细节中。

课程特色

在 Linux 系统编程领域，已有不少优秀教材，而本达人课最大的特点是精炼，并融入了商业项目实例。

本课程以 Linux 系统功能为主线，每课围绕一个核心功能，分享与该功能相关的多个实用知识点，掌握它们的底层原理和设计思想，力争让读者知其然更能知其所以然。

• 课程所选取的知识点均经过了精心挑选，在日常开发中使用频率很高。
• 除技术解读外还重点结合常见的商业项目需求进行了深度扩展。
• 课程的组织结构也经过了精心编排，力争让读者既能在广度上看到 Linux 系统全貌，又能在特定主题上对涉及的基本原理和思想有深入细致的理解，为进一步学习打好坚实的基础。

课程大纲

整个课程主要分为三大部分，共 27 篇（含开篇词和结语）。

第一部分（第 01 ~ 08 课）：常用功能篇

学习 Linux，首先要对它的常用功能有全面了解。通过本部分的学习，读者可以加深理解这些常用技术，更好地把控正在开发的应用。同时，Linux 在某些问题上的解决思路，也可以为读者的日常工作提供很有价值的参考。

第二部分（第 09 ~ 17 课）：高级特性篇

本部分深入讨论 Linux 系统的高级特性和功能。这些特性和功能在日常开发中可能不像第一部分内容那么常用，但掌握了这些知识，读者更有能力实现功能更加强大的应用。在某些篇章中，我还会带大家深入到内核，甚至硬件去窥探其设计和实现原理，从而让读者对该系统的理解更加透彻。

第三部分（第 18 ~ 25 课）：实战案例篇

本部分选取了兼具商业价值与技术挑战的八个主题，详细讨论它们的设计思路和实现方案。读者可以通过实际案例磨练提高自身的技术能力，同时获得宝贵的商业项目实战经验，扩展技术能力的广度。

课程寄语

不管 IT 技术如何推陈出新，最底层的技术原理和设计思想是不会变的，而 Linux 系统编程就处在这样一个相对稳定的层次上。相信本课程给你提供的丰富的技能储备和实战技巧，将帮你在未来技术浪潮中以不变应万变。