专栏首页我是攻城师作为程序员,你必须了解这些关于计算机的知识

作为程序员,你必须了解这些关于计算机的知识

存储—-块设备,文件系统,集群文件系统,分布式文件系统,光纤SCSI,iSCSI,RAID等。

网络—-以太网,光纤网,蜂窝网络,WIFI,VLAN等。

计算机体系结构,主要就是CPU指令集。x86,ARM等。

USB协议。需要知道URB包。

PCI协议,PCI-E协议。现代计算机的外设都是PCI协议和PCI-E协议的。显卡现在全是通过 PCI-E协议连接到计算机上的。相对来说减少了很多需要学习的知识。搞虚拟化就需要深入掌握PCI协议。

图像处理–图像压缩,视频实时编码等。

3D游戏

关系数据库

NoSQL数据库

操作系统

分布式操作系统

编译原理

机器学习–现在大数据要用哦!

了解这些领域知识,也包括了解该领域现有的商用硬件、商用软件和开源软件。很多时候,你要完成的工作,已经有现成的工具了。你只要使用现成的工具就可以完成任务,不需要进行开发。有时候,只需要组合现有的工具,写一些脚本就可以完成任务。

如,我一次要实现一个双向同步任务。找到了一个优秀的开源软件Unison,编写一下配置文件就圆满地完成了任务。不需要编写任何代码。

还有一次,要做高可用,用Python调用了几个开源软件就轻松实现了。

编写安装程序,定制操作系统,知道了操作系统的领域知识,写几行脚本就可以轻松搞定。

不具备领域知识的人,就可能不得不进行大量无谓的开发,甚至开发很久之后才发现,这根本就是一条死路。

另外,扎实的领域知识,可以大大提高编程调试、查错的能力。知道编译器和编程语言运行时工作原理,就能快速根据编译错误和警告信息修改代码。

知道操作系统底层运行机制,就能快速找到运行时错误的问题根源。如,有一次我编写一个windows升级服务程序。它是一个windows服务,需要执行dos脚本,这个脚本会替换掉这个windows服务本身。发现有时脚本执行无效,查了一晚上,发现当windows服务安装后,第一次启动就执行脚本时就会有权限问题,log都正确,但实际执行这个脚本没有任何效果。但一旦windows服务程序启动一次之后就ok。这必然是windows操作系统底层安全机制的问题,因为我对Windows内核了解不多,因此花了很长时间才发现这个问题,并对造成这个问题的根源并不清楚。

0段—领域知识菜鸟

对领域知识没有多少认知,通过搜索引擎找到一些该领域的软件和硬件的介绍性文章,按照文章指示配置和使用软件。勉强能够使用现有软硬件。

1段—领域知识行家

了解领域内常用硬件,深入掌握领域内常用软件的配置和使用技巧。能够使用现有软硬件熟练搭建解决方案,能够解决实际工作中遇到的种种问题。

2段—领域知识专家

当你不仅仅掌握了该领域的软件和工具,知道怎么用,还知道其原理,“知其然,也知其所以然”,就是该领域的知识专家了。

你知道网络协议的原理,你才能在网络出现问题时知道是哪里可能出现了问题。是mac冲突,ip冲突,还是网络环路?

你知道存储的原理,你才能知道为什么这种存储方式不适合虚拟化,那种存储方式适合虚拟化,另一种方式适合资料备份。

你知道PCI协议,你才能知道你怎样才能虚拟化一个硬件设备。

你知道网卡硬件协议,你才能模拟出一个虚拟机能正常使用的虚拟网卡。

你知道视频编码格式和原理,才能知道什么视频格式占用带宽最少,什么视频格式占用CPU最少。

你了解IntelVT/Amd V指令集,才能知道虚拟化是怎样实现的。

你明白工作流其实就是状态机,在遇到复杂工作流程时,你才能知道怎样设计满足要求的工作流引擎。

3段—科学家

你是领域知识专家,但你的知识都是来自于书本,来自于其他人的。

如果你满足于当领域知识专家,你只能拾人牙慧,永远别想超越。别人的研究成果,未必愿意告诉你。当别人告诉你的时候,它可能已经发现了更新的理论,并且新一代产品可能马上就要发布了。

科学家是探索未知,勇于创新的人,是推动人类社会进步的人。

传说,思科的一位高管曾经半开玩笑地说过:“如果思科停止了新技术的研发,华为就会找不着方向”。这是在嘲笑华为只是处在领域知识专家的水平,只能山寨无法超越。我不知道华为的实际情况,但希望现在的华为已经走到了领跑者的位置。

欧文·雅各布斯发现了CDMA码分多址的原理,并发现它在通讯上大有可为,组建了高通公司。高通公司主要以专利授权费为生,它雇佣了大量科学家在通讯领域展开研究。有人说高通是专利流氓。这些人不明白知识的价值。在他们眼里,Windows的合理价格就应该是5元钱,一张光盘的价格。iPhone就应该是1000多元裸机的价格。高通是专利流氓,那你也流氓一个CDMA,LTE出来给我看看!

X86芯片在设计上没有考虑虚拟化。因此会有所谓的“虚拟化漏洞”出现。就是说,一些CPU特权指令执行时,在虚拟机环境下不会抛出异常,因此就无法切换到Host。这样,X86芯片上就无法运行虚拟机。

VmWare公司是由美国的几位科学家在1998年创建的。他们发现可以使用二进制翻译的技术,在X86计算机上运行虚拟机。

Xen虚拟化软件也是几位科学家发明的。他们发现只要修改虚拟机操作系统和Host操作系统的内核,在需要执行“虚拟化漏洞”指令时直接调用Host的功能,就可以实现虚拟化,而且大大提高了虚拟机的运行性能。

后来,Intel为自己的芯片添加了IntelVT指令集,Amd为自己的芯片添加了AmdV指令集,弥补了“虚拟化漏洞”。于是就有了KVM虚拟机软件,它直接用CPU硬件指令实现虚拟化。

KVM在执行CPU指令时,是直接在物理CPU上运行的,因此效率极高。但是,虚拟机运行虚拟外设时,就必须用软件模拟,因此虚拟机的IO访问速度很慢。

IBM科学家RustyRussell,借鉴了Xen的研发经验,创建了VirtIO技术。就是在虚拟机中编写一套PCI虚拟设备和驱动,这套虚拟PCI设备有一块虚拟设备内存。这个虚拟设备内存Host是可以访问的,虚拟机通过VirtIO驱动程序也可以访问。也就是一块内存在虚拟机和Host中共享,这就解决了虚拟机的IO性能问题。

再讲一个搜索引擎的故事:

很久以前,我要给一个程序添加搜索功能。刚开始使用sql查询实现,发现实在太慢了。后来找了开源的Lucene项目。它使用反向索引技术,通过在文件中创建反向索引,大大提高了搜索速度。

Google的两位创始人发现了html中link的秘密,他们发现可以通过html页面的link关系来为每一个html页面设置权重。也就是PageRank算法。于是,Google的自动搜索引擎击败了Yahoo人工分类的搜索引擎。

OK,利用反向索引技术和PageRank,以及一个简单的html爬虫机器人,我们就可以创建一个搜索引擎了。但是,互联网很大,每天产生大量新网页,要为整个互联网建立反向索引是很困难的。

若干年后Google又公开了三篇论文:Googlefs、Mapreduce、Bigtable。于是Lucene项目的开发者根据Google的Mapreduce论文开发了Hadoop项目。MapReduce就是使用大量计算机存储数据并计算,最后汇总结果。使用Hadoop+反向索引+PageRank,就可以创建搜索引擎了。Yahoo,Baidu等公司纷纷基于Hadoop开发了自己的搜索引擎。

但是,其他公司的搜索引擎效果还是没法和Google相比。这一点我们程序员最清楚。像我,就总是翻蔷出去,只为了Google一下。

Google黑板报上发表了吴军博士的一些文章,其中介绍了很多机器学习方面的知识。从文中可以知道,Google其实使用机器学习来分析搜集到的页面。Google明显不会把这个公式公开出来。即使有一天Google真的公开了这个公式,那么可以想见Google肯定又研发出了更加犀利的秘籍,山寨货的搜索引擎效果还是比不上Google的。

山寨是通向创新的必由之路。在成为领域的领头羊和领导者之前,必然要经过学习,模仿的阶段。但要成为行业的老大,成为Champion,必须勇于弯道超车,勇敢地走上创新之路,成为真正的科学家,真正的大牛!

总结

编程能力可分为两个维度:一个是编程技能水平,另一个是领域知识水平。

有些程序员可能把精力都花在提升编程技能上了,领域知识知之甚少,这其实在日常工作中也是极其有害的。有些需求可能早已经有了现成、开源免费的解决方案,或者只需要组合几个现有软件就可以快速搞定,而他们却不得不自己花大量时间去开发。另外,缺少领域知识,在程序出现非预期状况时,很难快速定位到问题的根源,很难解决bug。

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原始发表时间:2015-03-25

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