福特將在2020年之前投資45億美元開發純電動車

美國福特汽車公司將在2020年之前集中投資45億美元用於純電動汽車的開發。

這是迄今為止福特面向純電動車領域的最大一筆投資。該公司將首先在2016年下半年上市新 款純電動車“福克斯”,續航距離約160公里,可進行高速充電,30分鐘就可充滿電池的約80%。包括混合動力、插電式混動(PHV)、純電動產品在內, 計畫在2020年之前推出13款產品。

車輛投放對象市場除美國和歐洲外,還設想了今後純電動領域的市場有望擴大的臺灣、韓國、中國大陸等亞洲地區。尤其是中國大陸的大氣污染嚴重,不排放尾氣的純電動享受政府的優厚補貼。福特在2013年之前一直與豐田汽車共同開展面向皮卡的混合動力技術,但此次似乎準備獨自開發。

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程序員修神之路–有狀態的服務其實可以做更多的事情

菜菜哥,你換形象啦?


這麼巧,你也換啦!聽說是不會畫畫的菜嫂經過九牛二虎之力的功勞哦!鼓掌……


前幾天我出去面試了,面試官問我微服務的知識,我回答的可好了


看來微服務你真的下功夫研究了呀


是呀是呀,但是碰到一個問題,有狀態的服務是什麼意思呢?


看來你又掛在這個問題上了,且聽這次分解


簡介

對於初學者,心裏對“有狀態服務”的理解可能比較模糊,但是從面向對象編程思想的角度去理解也許會明朗很多。面向對象編程思想提倡的是用編程語言去描述世間萬物,所以面向對象編程的語言都會提供描述對象的容器以及對象行為的表達方式。舉一個很簡單的栗子,在c#或者java中,表達對象的容器就是class,對象的行為通過一系列的接口或者函數來表達。更進一步,對象抽象出來之後,大多數對象都有自己的內部狀態,體現到代碼上也就是常見的類的屬性。

面向對象編程的基本思想本質上是對現實世界的一種抽象,萬物皆可抽象。

根據業務把對象抽象出來之後,每一個實例化的對象其實都可以有自己的狀態,比如:在最常見的遊戲場景中,每一個玩家都是“玩家”這類對象的一個實例,每一個玩家都有自己的名字,性別,等級,HP等屬性,這些屬性本質上就是玩家的狀態,隨着時間的推移,每個玩家的HP,等級等屬性會隨之變化,這些變化其實就是這個玩家狀態的變化。對應到有狀態的服務也是如此,之所以稱之為有狀態,是因為服務內部的對象狀態會隨着業務有着對應的變動,而這些變動只發生在這個服務內部,在外界看來,這個服務好像是有狀態的。

有狀態的服務本質上是一些有狀態對象的集合,這些對象狀態的變化只發生在當前服務進程中。

優勢和劣勢

有狀態服務之所以被稱為有狀態,一個很大的原因是它可以追溯狀態的變化過程,也就是說一個有狀態的服務保存着狀態變化的記錄,並可以根據這些歷史記錄恢復到指定的狀態,這在很多場景下非常有用。舉一個很簡單的栗子:我們平時玩的斗地主遊戲,三個玩家,當有一個玩家因為網絡原因掉線,經過一段時間,這個玩家又重新上線,需要根據某些記錄來恢復玩家掉線期間系統自動出牌的記錄,這些出牌記錄在這個業務中其實就是這個玩家的狀態變化記錄。在有狀態的服務中,很容易做到這一點。

其實實際開發中很多場景不需要記錄每個狀態的變化,只保留最新狀態即可,不單單是因為保存每個狀態的變化需要大量的存儲和架構設計,更因為是很多業務根本不需要這些狀態變化記錄,業務需要的只是最新的狀態,所以大部分有狀態的服務只保存着最新的狀態。

有狀態的服務在設計難度上比無狀態的服務要大很多,不僅僅是因為開發設計人員需要更好的抽象能力,更多的是一致性的設計問題。現代的分佈式系統,都是由多個服務器組成一個集群來對外提供服務,當一個對象在服務器A產生之後,如果請求被分配到了服務器B上,這種情況下有狀態的服務毫無意義,為什麼呢?當一個相同的業務對象存在於不同的服務器上的時候,本質上就違背了現實世界的規則,你能說一個人,即出生在中國,又出生在美國嗎? 所以有狀態的服務對於一致性問題有着天然的要求,這種思想和微服務設計理想不謀而合,舉個栗子:一個用戶信息的服務,對外提供查詢修改能力,凡是用戶信息的業務必須通過這個服務來實現。同理,一個對象狀態的查詢修改以及這個對象的行為,必須由這個對象的服務來完成。

有狀態的服務要求相同業務對象的請求必須被路由到同一個服務進程。

因此,有狀態的服務對於同一個對象的橫向擴容是做不到的,就算是做的到,多個相同對象之間的狀態同步工作也必然會花費更多的資源。在很多場景下,有狀態的服務要注意熱點問題,例如最常見的秒殺,這裏並非是說有狀態服務不適合大併發的場景,反而在高併發的場景下,有狀態的服務往往表現的比無狀態服務更加出色。

Actor模型

在眾多的併發模型中,最適合有狀態服務設計的莫過於Actor模型了,如果你對actor模型還不熟悉,可以擼一遍菜菜之前的文章:https://mp.weixin.qq.com/s/eEiypRysw5jsC7iYUp_yAg  actor模型天生就具備了一致性這種特點,讓我們在對業務進行抽象的時候,不必考慮一致性的問題,而且每一個請求都是異步模式,在對象內部修改對象的狀態不必加鎖,這在傳統的架構中是做不到的。

基於actor模型,系統設計的難點在於抽象業務模型,一旦業務模型穩定,我們完全可以用內存方式來保存對象狀態(也可以定時去持久化),內存方式比用其他網絡存儲(例如redis)要快上幾個量級,菜菜也有一篇文章大家可以去擼一下:https://mp.weixin.qq.com/s/6YL3SnSriKEnpCyB5qkk0g  ,既滿足了一致性,又可以利用進程內對象狀態來應對高併發業務場景,何樂而不為呢?

有不少同學問過我,actor模型要避免出現熱點問題,就算有內存狀態為其加速,那併發數還是超過actor的處理能力怎麼辦呢? 其實和傳統做法類似,所有的高併發系統設計無非就是“分”一個字,無論是簡單的負載均衡,還是複雜的分庫分表策略,都是分治的一種體現。一台服務器不夠,我就上十台,百台…..

所有的高併發系統設計都是基於分治思想,把每一台服務器的能力發揮到極致,難度最大的還是其中的調度算法。

用actor模型來應對高併發,我們可以採用讀寫分離的思想,主actor負責寫請求,並利用某種通信機制把狀態的變化通知到多個從actor,從actor負責對外的讀請求,這個DB的讀寫分離思想一致,其中最難的當屬actor的狀態同步問題了,解決問題的方式千百種,總有一種適合你,歡迎你留言寫下你認為最好的解決方案。

案例(玩家信息服務)

由於菜菜是c#出身,對c#的Actor服務框架Orleans比較熟悉,這裏就以Orleans為例,其他語言的coder不要見怪,Orleans是一個非常優秀的Actor模型框架,而且支持最新的netcore 3.0版本,地址為:https://github.com/dotnet/orleans  有興趣的同學可以去看一下,而且分佈式事物已經出正式版,非常給力。其他語言的也非常出色java:https://github.com/akka/akka

golang:

1. 首先我們定義玩家的狀態信息

//玩家的信息,其實也就是玩家的狀態信息
    public class Player {
        /// <summary>
        /// 玩家id,同時也是玩家這個服務的主鍵
        /// </summary>
        public long Id { get; set; }
        /// <summary>
        /// 玩家姓名
        /// </summary>
        public string Name { get; set; }
        /// <summary>
        /// 玩家等級
        /// </summary>
        public int Level { get; set; }
    }

2. 接下來定義玩家的服務接口

 /// <summary>
    /// 玩家的服務接口
    /// </summary>
    interface IPlayerService: Orleans.IGrainWithIntegerKey
    {
        //獲取玩家名稱
        Task<string> GetName();
        //獲取玩家等級
        Task<int> GetLevel();
        //設置玩家等級,這個操作會改變玩家的狀態
        Task<int> SetLevel(int newLevel);
    }

3. 接下來實現玩家服務的接口

public class PlayerService : Grain, IPlayerService
    {
        //這裏可以用玩家的信息來代表玩家的狀態信息,而且這個狀態信息又充當了進程內緩存的作用
        Player playerInfo;
        public async Task<int> GetLevel()
        
{
            return (await LoadPlayer()).Level;
        }

        public async Task<string> GetName()
        
{
            return (await LoadPlayer()).Name;
        }

        public async Task<int> SetLevel(int newLevel)
        
{
            var playerInfo =await LoadPlayer();
            if (playerInfo != null)
            {
                //先進行數據庫的更新,然後在更新緩存的狀態, 進程內緩存更新失敗的幾率幾乎為0
                playerInfo.Level = newLevel;                
            }
            return 1;
        }

        private async Task< Player> LoadPlayer()
        {
            if (playerInfo == null)
            {
                var id = this.GetPrimaryKeyLong();
                //這裏模擬的信息,真實環境完全可以從持久化設備進行讀取
                playerInfo= new Player() { Id = id, Name = "玩家姓名", Level = 1 };
            }
            return playerInfo;
        }
    }

以上只是一個簡單案例,有狀態的服務還有更多的設計方案,以上只供參考完

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Asciinema:你的所有操作都將被錄製

如何實現類似於Jumpserver koko一樣的終端錄製回放功能呢?本文介紹一個神器

asciinema 是一款開源免費的終端錄製工具,它可以將命令行輸入輸出的任何內容加上時間保存在文件中,同時還提供方法在終端或者web瀏覽器中進行回放

asciinema的錄製和播放都是基於文本的,相比傳統的video有很多好處,例如錄製文件體積小,在播放的過程中可以暫停複製其中的文本內容等等

同時asciinema還提供了一個網站,你如果願意還可以將錄製的內容上傳至進行展示,也可以在這裏找到很多有趣的終端錄像

asciinema由以下三個子項目構成:

  1. asciinema:基於命令行的終端會話記錄器
  2. asciinema.org:提供API供上傳錄像和展示的網站
  3. javascript player:用於在web上播放錄像的js播放器

asciinema的安裝和使用都非常簡單,一起來看看吧

安裝

asciinema為python開發,可以直接通過apt-get、yum或者pip進行安裝

# apt-get install asciinema

安裝完成后查看版本

# asciinema --version
asciinema 2.0.2

asciinema有v1和v2兩個版本,差異較大,咖啡君使用了v2,以下所有內容也基於v2演示

asciinema有5個參數,分別為錄製:rec,播放:play,以文件形式查看錄製內容:cat,上傳文件到asciinema.org網站:upload、asciinema.org賬號認證:auth,本文主要說明rec和play的使用

錄製

# asciinema rec ops-coffee.cast

有幾個參數可以使用:

--stdin 表示啟用標準輸入錄製,意思是通常情況下linux輸入密碼類的信息都不會显示,如果開啟了這個選項,可以記錄鍵盤輸出的密碼,但這個功能官方似乎還沒有支持,加了后看不到效果

--append 添加錄製到已存在的文件中

--raw 保存原始STDOUT輸出,無需定時信息等

--overwrite 如果文件已存在,則覆蓋

-c 要記錄的命令,默認為$SHELL

-e 要捕獲的環境變量列表,默認為SHELL,TERM

-t 後跟数字,指定錄像的title

-i 後跟数字,設置錄製時記錄的最大空閑時間

-y 所有提示都輸入yes

-q 靜默模式,加了此參數在進入錄製或者退出錄製時都沒有提示

輸入exit或按ctrl+D組合鍵退出錄製

播放

# asciinema play ops-coffee.cast 

有兩個參數可以使用:

-s 後邊跟数字,表示用幾倍的速度來播放錄像

-i 後邊跟数字,表示在播放錄像時空閑時間的最大秒數

在播放的過程中你可以通過空格來控制暫停或播放,也可以通過ctrl+c組合鍵來退出播放,當你按空格鍵暫停時,可以通過.號來逐幀显示接下來要播放的內容

文件

asciinema推薦的文件後綴是.cast,當然linux是不關心文件後綴的,你用什麼都可以,推薦按規範使用.cast,文件內容大概如下

# cat ops-coffee.cast
{"version": 2, "width": 237, "height": 55, "timestamp": 1572646909, "env": {"SHELL": "/bin/bash", "TERM": "linux"}, "title": "ops-coffee"}
[0.010014, "o", "root@onlinegame:~# "]
[1.296458, "o", "exit"]
[1.976439, "o", "\r\n"]
[1.976532, "o", "exit\r\n"]

cast文件主要有兩部分組成,位於第一行的一個字典,這裏叫header

{
    "version": 2,
    "width": 237,
    "height": 55,
    "timestamp": 1572646909,
    "env": {
        "SHELL": "/bin/bash",
        "TERM": "linux"
    },
    "title": "ops-coffee"
}

header很簡單,字段的意思分別為:version版本,width和height分別表示錄製窗口的寬高,timestamp錄製開始的時間戳,env錄製時指定的-e參數設置,title錄製時指定的-t參數設置

接下來的都是固定格式的內容,實際上就是IO流信息

[0.010014, "o", "root@onlinegame:~# "]

每一行都是由三部分組成的一個列表

第一部分為一個浮點數,表示輸入輸出這一行內容所花的時間

第二部分似乎是一個固定的字符串,沒有找到說明做什麼用的

第三部分就是具體的輸入輸出的內容

這個文件格式設計還是非常優雅的,開頭header聲明,後邊具體內容,如果中途因為任何意外導致錄像終止,也不會丟失整個錄像,而且還可以append增加錄像,這在需要長時間暫停錄製時非常有用,更重要的是可以流式讀取,幾乎很少佔用內存,不需要把整個錄像文件都放在內存中,對長時間的錄製播放更友好

自動錄製審計日誌

如果你有經歷過嚴格的IT審計,或者有用到堡壘機,就會知道操作過程是需要記錄並加入審計的,如果你有因為不知道是誰操作了什麼導致了數據被刪而背鍋的經歷,就會知道對操作過程的記錄有多麼的重要,接下來以一個簡單的案例來介紹asciinema有什麼樣的實用價值

如果希望能夠將linux服務器上devuser的所有操作過程都記錄下來,以備後續審計使用,該如何實現呢?

非常簡單,只需要在devuser用戶的家目錄下添加.bash_profile文件即可,內容如下:

$ cat ~/.bash_profile 
export LC_ALL=en_US.UTF-8
/usr/local/bin/asciinema rec /tmp/$USER-$(date +%Y%m%d%H%M%S).log -q

添加export LC_ALL=en_US.UTF-8的原因是有可能系統會報錯asciinema needs a UTF-8 native locale to run. Check the output of locale command.

rec命令進行錄製時添加了-q參數,這樣在進入或者退出時都不會有任何關於asciinema的提示,使用簡單方便

這樣devuser用戶每次登陸就會自動開啟一個錄像,如果需要審計或檢查操作,只需要回放錄像就可以了

你可能會說history命令一樣可以記錄用戶操作,asciinema有什麼優勢呢?asciinema不僅可以記錄用戶的輸入,還可以記錄系統的輸出,也就是說history只能記錄執行的命令,而asciinema還可以記錄執行的結果,怎麼樣,是不是很方便,趕緊試試吧

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臉書前主管成立氣候組織 助員工施壓企業拚永續

摘錄自2020年2月24日中央社報導

臉書(Facebook)前永續部門主管魏爾(Bill Weihl)宣布創立新組織「氣候之聲」(ClimateVoice),協助大企業員工對老闆施壓,以拿出更積極的政策對抗氣候變遷。

2018年離開臉書的魏爾說:「當一個議題對社會整體可能很重要、卻未直接影響到企業時,基本上大多數企業多數時間都會保持沈默。」

「氣候之聲」一開始將以志工方式運作,但希望不久後能募得資金並雇用員工。魏爾表示,「氣候之聲」將推動科技業員工組織並強化氣候變遷倡議運動,以施壓公司高層對相關立法進行遊說。

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阿拉伯世界首座核電廠 准運轉

摘錄自2020年2月18日聯合新聞網報導

阿拉伯聯合大公國17日宣布,已向阿拉伯世界第一座核電廠「巴拉卡核電廠」四個機組中的一個核發運轉執照,開啟歷史新頁。

巴拉卡核電廠坐落在波斯灣沿岸、首都阿布達比西方,原定2017年底服役,但數度延後,官方說是要符合安全標準和政府規範。阿布達比政府上月說,巴拉卡核電廠將在數月內運轉。

全球最大石油出口國沙烏地阿拉伯曾說,打算建造16個核電機組,但一直沒實現。巴拉卡核電廠由韓國電力公社主導的企業集團建造,耗資244億美元(約台幣7300億元)。如果四個機組都全速運轉,將能產生5600百萬瓦的電力,能滿足阿聯全國四分之一的電力需求。

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南極洲熱浪來襲九天 鷹島融化約20%積雪

摘錄自2020年2月25日中央社報導

南極洲這個月初遭為期九天的熱浪侵襲,位於南極洲東北端的鷹島(Eagle Island)約20%積雪融化,這是日益加劇的氣候危機所帶來的普遍徵兆。

NASA地球觀測站表示,僅一週左右時間,鷹島的積雪就融化4英吋(約10公分),大約占該島季節性積雪總量的20%。

麻薩諸塞州尼柯斯學院(Nichols College)地理學家裴爾托(Mauri Pelto)告訴NASA觀測站:「我從未看過南極洲冰雪融化形成水池的速度如此之快。你可以在阿拉斯加和格陵蘭看到這樣的融冰現象,但南極洲很罕見。」

氣候學家費特韋斯(Xavier Fettweis)繪出從南極半島流入海水的融冰量,並指出熱浪是造成今夏海平面上升的最大主因。

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預防全球災難 末日種子庫收6萬新種子樣本

摘錄自2020年2月25日中央社報導

挪威北極圈內的「末日種子庫」今(25日)預計將收到來自世界各地的6萬個種子樣本。這個全球最大農作物儲藏庫為了保護作物免於全球性災難,而囤積各類種子。

這些種子將寄存在挪威斯瓦巴群島(Svalbard)內斯匹次柏根島(Spitsbergen Island)朗葉比(Longyearbyen)附近的深山中,距離北極點(North Pole)約1000公里。

法新社報導,掌管種子庫的作物信託基金(Crop Trust)執行長施密茲(Stefan Schmitz)說:「隨著氣候變遷和生物多樣性喪失的速度增加,針對瀕臨滅絕作物的拯救工作產生新的急迫性。」

最新運送的一批將讓種子庫藏提升至約105萬種,這些種子放置在種子庫的三座地窖,這個種子庫被譽為糧食作物的「諾亞方舟」。

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日311地震重災區 女川核電廠2號機通過重啟審查

摘錄自2020年02月26日中央社報導

日本女川核電廠2號機以重啟運轉為前提的申請,已通過日本原子力規制委員會審查,成為位於311大地震重災區首座合格的核電廠,也是第2座遭受海嘯侵襲重生的核電廠。

日本放送協會(NHK)報導,東北電力公司希望位於宮城縣的女川核電廠2號機能重啟運轉提出申請,日本原子力規制委員會今(26日)已正式彙整完成表示合格的審查書。

女川核電廠2號機是位於2011年311大地震後遭受重創的東北地方,首度獲審查合格的核電廠機組。東北電力公司在311大地震2年後的2013年,以重啟運轉為前提向原子力規制委員會提出審查申請。

持續進行審議的原子力規制委員會,2019年11月彙整出表示事實上符合新規範標準的審查書草案,並向一般民眾徵集意見。

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程序員需要了解的硬核知識之操作系統和應用

利用計算機運行程序大部分都是為了提高處理效率。例如,Microsoft Word 這樣的文字處理軟件,是用來提高文本文件處理效率的程序,Microsoft Excel 等表格計算軟件,是用來提高賬本處理效率的程序。這種為了提高特定處理效率的程序統稱為 應用

程序員的工作就是編寫各種各樣的應用來提高工作效率,程序員一般不編寫操作系統,但是程序員編寫的應用離不開操作系統,此篇文章我們就針對 Windows 操作系統來說明一下操作系統和應用之間的關係。

操作系統功能的歷史

操作系統其實也是一種軟件,任何新事物的出現肯定都有它的歷史背景,那麼操作系統也不是憑空出現的,肯定有它的歷史背景。

在計算機尚不存在操作系統的年代,完全沒有任何程序,人們通過各種按鈕來控制計算機,這一過程非常麻煩。於是,有人開發出了僅具有加載和運行功能的監控程序,這就是操作系統的原型。通過事先啟動監控程序,程序員可以根據需要將各種程序加載到內存中運行。雖然仍舊比較麻煩,但比起在沒有任何程序的狀態下進行開發,工作量得到了很大的緩解。

隨着時代的發展,人們在利用監控程序編寫程序的過程中發現很多程序都有公共的部分。例如,通過鍵盤進行文字輸入,显示器進行數據展示等,如果每編寫一個新的應用程序都需要相同的處理的話,那真是太浪費時間了。因此,基本的輸入輸出部分的程序就被追加到了監控程序中。初期的操作系統就是這樣誕生了。

類似的想法可以共用,人們又發現有更多的應用程序可以追加到監控程序中,比如硬件控製程序,編程語言處理器(彙編、編譯、解析)以及各種應用程序等,結果就形成了和現在差異不大的操作系統,也就是說,其實操作系統是多個程序的集合體。

​

我在 這篇文章中提到了彙編語言,這裏簡單再提一下。

彙編語言是一種低級語言,也被稱為符號語言。彙編語言是第二代計算機語言,在彙編語言中,用助記符代替機器指令的操作碼,用地址符號或標號代替指令或操作數的地址。用一些容易理解和記憶的字母,單詞來代替一個特定的指令,比如:用ADD代表数字邏輯上的加減,MOV代表數據傳遞等等,通過這種方法,人們很容易去閱讀已經完成的程序或者理解程序正在執行的功能,對現有程序的bug修復以及運營維護都變得更加簡單方便

可以說共用思想真是人類前進的一大步,對於解放生產力而言簡直是太重要了。

要把操作系統放在第一位

對於程序員來說,程序員創造的不是硬件,而是各種應用程序,但是如果程序員只做應用不懂硬件層面的知識的話,是無法成為硬核程序員的。現在培訓機構培養出了一批怎麼用的人才,卻沒有培訓出為什麼這麼做的人才,畢竟為什麼不是培訓機構教的,而是學校教的,我很相信耗子叔說的話:學習沒有速成這回事。言歸正題。

在操作系統誕生之後,程序員不需要在硬件層面考慮問題,所以程序員的數量就增加了。哪怕自稱對硬件一竅不通的人也可能製作出一個有模有樣的程序。不過,要想成為一個全面的程序員,有一點需要清楚的就是,掌握硬件的基本知識,並藉助操作系統進行抽象化,可以大大提高編程效率。

下面就看一下操作系統是如何給開發人員帶來便利的,在 Windows 操作系統下,用 C 語言製作一個具有表示當前時間功能的應用。time() 是用來取得當前日期和時間的函數,printf() 是把結果打印到显示器上的函數,如下:

#include <stdio.h>
#include <time.h>

void main(){
  // 保存當前日期和時間信息
  time_t tm;
  
  // 取得當前的日期和時間
  time(&tm);
  
  // 在显示器上显示日期和時間
  printf("%s\n", ctime(&tm));
}

讀者可以自行運行程序查看結果,我們主要關注硬件在這段代碼中做了什麼事情

  • 通過 time_t tm,為 time_t 類型的變量申請分配內存空間;
  • 通過 time(&tm) ,將當前的日期和時間數據保存到變量的內存空間中
  • 通過 printf(“%s\n”,ctime(&tm)), 把變量內存空間的內容輸出到显示器上。

應用的可執行文件指的是,計算機的 CPU 可以直接解釋並運行的本地代碼,不過這些代碼是無法直接控制硬件的,事實上,這些代碼是通過操作系統來間接控制硬件的。變量中涉及到的內存分配情況,以及 time() 和 printf() 這些函數的運行結果,都不是面向硬件而是面向操作系統的。操作系統收到應用發出的指令后,首先會對該指令進行解釋,然後會對 時鐘IC 和显示器用的 I/O 進行控制。

計算機中都安裝有保存日期和時間的實時時鐘(Real-time clock),上面提到的時鐘IC 就是值該實時時鐘。

系統調用和編程語言的移植性

操作系統控制硬件的功能,都是通過一些小的函數集合體的形式來提供的。這些函數以及調用函數的行為稱為系統調用,也就是通過應用進而調用操作系統的意思。在前面的程序中用到了 time() 以及 printf() 函數,這些函數內部也封裝了系統調用。

C 語言等高級編程語言並不依存於特定的操作系統,這是因為人們希望不管是Windows 操作系統還是 Linux 操作系統都能夠使用相同的源代碼。因此,高級編程語言的機制就是,使用獨自的函數名,然後在編譯的時候將其轉換為系統調用的方式(也有可能是多個系統調用的組合)。也就是說,高級語言編寫的應用在編譯后,就轉換成了利用系統調用的本地代碼。

不過,在高級語言中也存在直接調用系統調用的編程語言,不過,利用這種方式做成應用,移植性並不友好。

移植性:移植性指的是同樣的程序在不同操作系統下運行時所花費的時間,時間越少證明移植性越好。

操作系統和高級編程語言使硬件抽象化

通過使用操作系統提供的系統調用,程序員不必直接編寫控制硬件的程序,而且,通過使用高級編程語言,有時也無需考慮系統調用的存在,系統調用往往是自動觸發的,操作系統和高級編程語言能夠使硬件抽象化,這很了不起。

下面讓我們看一個硬件抽象化的具體實例

#include <stdio.h>

void main(){
  
  // 打開文件
  FILE *fp = fopen("MyFile.txt","w");
  
  // 寫入文件
  fputs("你好", fp);
  
  // 關閉文件
  fclose(fp);
}

上述代碼使用 C 編寫的程序,fputs() 是用來往文件中寫入字符串的函數,fclose() 是用來關閉文件的函數。

上述應用在編譯運行后,會向文件中寫入 “你好” 字符串。文件是操作系統對磁盤空間的抽象化,就如同我們在 這篇文章提到的一樣,磁盤就如同樹的年輪,磁盤的讀寫是以扇區為單位的,通過磁道來尋址,如果直接對硬件讀寫的話,那麼就會變為通過向磁盤用的 I/O 指定扇區位置來對數據進行讀寫了。

但是,在上面代碼中,扇區壓根就沒有出現過傳遞給 fopen() 函數的參數,是文件名 MyFile.txt 和指定文件寫入的 w。傳遞給 fputs() 的參數,是往文件中寫入的字符串”你好” 和 fp,傳遞給 fclose() 的參數,也僅僅是 fp,也就是說磁盤通過打開文件這個操作,把磁盤抽象化了,打開文件這個操作就可以說是操作硬件的指令。

下面讓我們來看一下代碼清單中 fp 的功能,變量 fp 中被賦予的是 fopen() 函數的返回值,該值被稱為文件指針。應用打開文件后,操作系統就會自動申請分配用來管理文件讀寫的內存空間。內存地址可以通過 fopen() 函數的返回值獲得。用 fopen() 打開文件后,接下來就是通過制定的文件指針進行操作,正因為如此,fputs() 和 fclose() 以及 fclose() 參數中都制定了文件指針。

由此我們可以得出一個結論,應用程序是通過系統調用,磁盤抽象來實現對硬盤的控制的。

Windows 操作系統的特徵

Windows 操作系統是世界上用戶數量最龐大的群體,作為 Windows 操作系統的資深用戶,你都知道 Windows 操作系統有哪些特徵嗎?下面列舉了一些 Windows 操作系統的特性

  • Windows 操作系統有兩個版本:32位和64位
  • 通過 API 函數集成來提供系統調用
  • 提供了採用圖形用戶界面的用戶界面
  • 通過 WYSIWYG 實現打印輸出,WYSIWYG 其實就是 What You See Is What You Get ,值得是显示器上显示的圖形和文本都是可以原樣輸出到打印機打印的。
  • 提供多任務功能,即能夠同時開啟多個任務
  • 提供網絡功能和數據庫功能
  • 通過即插即用實現設備驅動的自設定

這些是對程序員來講比較有意義的一些特徵,下面針對這些特徵來進行分別的介紹

32位操作系統

這裏表示的32位操作系統表示的是處理效率最高的數據大小。Windows 處理數據的基本單位是 32 位。這與最一開始在 MS-DOS 等16位操作系統不同,因為在16位操作系統中處理32位數據需要兩次,而32位操作系統只需要一次就能夠處理32位的數據,所以一般在 windows 上的應用,它們的最高能夠處理的數據都是 32 位的。

比如,用 C 語言來處理整數數據時,有8位的 char 類型,16位的short類型,以及32位的long類型三個選項,使用位數較大的 long 類型進行處理的話,增加的只是內存以及磁盤的開銷,對性能影響不大。

現在市面上大部分都是64位操作系統了,64位操作系統也是如此。

通過 API 函數集來提供系統調用

Windows 是通過名為 API 的函數集來提供系統調用的。API是聯繫應用程序和操作系統之間的接口,全稱叫做 Application Programming Interface,應用程序接口。

當前主流的32位版 Windows API 也稱為 Win32 API,之所以這樣命名,是需要和不同的操作系統進行區分,比如最一開始的 16 位版的 Win16 API,和後來流行的 Win64 API 。

API 通過多個 DLL 文件來提供,各個 API 的實體都是用 C 語言編寫的函數。所以,在 C 語言環境下,使用 API 更加容易,比如 API 所用到的 MessageBox() 函數,就被保存在了 Windows 提供的 user32.dll 這個 DLL 文件中。

提供採用了 GUI 的用戶界面

GUI(Graphical User Interface) 指得就是圖形用戶界面,通過點擊显示器中的窗口以及圖標等可視化的用戶界面,舉個例子:Linux 操作系統就有兩個版本,一種是簡潔版,直接通過命令行控制硬件,還有一種是可視化版,通過光標點擊圖形界面來控制硬件。

通過 WYSIWYG 實現打印輸出

WYSIWYG 指的是显示器上輸出的內容可以直接通過打印機打印輸出。在 Windows 中,显示器和打印機被認作同等的圖形輸出設備處理的,該功能也為 WYSIWYG 提供了條件。

藉助 WYSIWYG 功能,程序員可以輕鬆不少。最初,為了是現在显示器中显示和在打印機中打印,就必須分別編寫各自的程序,而在 Windows 中,可以藉助 WYSIWYG 基本上在一個程序中就可以做到显示和打印這兩個功能了。

提供多任務功能

多任務指的就是同時能夠運行多個應用程序的功能,Windows 是通過時鐘分割技術來實現多任務功能的。時鐘分割指的是短時間間隔內,多個程序切換運行的方式。在用戶看來,就好像是多個程序在同時運行,其底層是 CPU 時間切片,這也是多線程多任務的核心。

提供網絡功能和數據庫功能

Windows 中,網絡功能是作為標準功能提供的。數據庫(數據庫服務器)功能有時也會在後面追加。網絡功能和數據庫功能雖然並不是操作系統不可或缺的,但因為它們和操作系統很接近,所以被統稱為中間件而不是應用。意思是處於操作系統和應用的中間層,操作系統和中間件組合在一起,稱為系統軟件。應用不僅可以利用操作系統,也可以利用中間件的功能。

相對於操作系統一旦安裝就不能輕易更換,中間件可以根據需要進行更換,不過,對於大部分應用來說,更換中間件的話,會造成應用也隨之更換,從這個角度來說,更換中間件也不是那麼容易。

通過即插即用實現設備驅動的自動設定

即插即用(Plug-and-Play)指的是新的設備連接(plug) 后就可以直接使用的機制,新設備連接計算機后,計算機就會自動安裝和設定用來控制該設備的驅動程序

設備驅動是操作系統的一部分,提供了同硬件進行基本的輸入輸出的功能。鍵盤、鼠標、显示器、磁盤裝置等,這些計算機中必備的硬件的設備驅動,一般都是隨操作系統一起安裝的。

有時 DLL 文件也會同設備驅動文件一起安裝。這些 DLL 文件中存儲着用來利用該新追加的硬件API,通過 API ,可以製作出運行該硬件的心應用。

文章參考:

《程序是怎樣跑起來的》第九章

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