教程【免費下載鏈接】lowlevelprogramming-universityHow to be low-level programmer項目地址https://gitcode.com/gh_mirrors/lo/lowlevelprogramming-university點擊查看免費下載本文是對 lowlevelprogramming-university 項目正體中文版 README_tw.md 的深度解讀與展開。它面向立志成為底層Low-Level程序員的初學者梳理了從「計算機體系結構 操作系統(tǒng)」兩大理論基礎、匯編與 C 語言、硬件與固件到 Linux 內(nèi)核與設備驅動的完整進階路徑。讀完本文你將掌握一條可執(zhí)行的分步學習路線、一份按階段劃分的書單與實操項目清單以及原作者親身驗證的「從 0 到內(nèi)核」的實踐經(jīng)驗。這篇文章在講什么—— 一份給初學者的路線圖原作者受 google-interview-university一份著名的面試準備路線圖啟發(fā)結合自己超過 10 年的底層開發(fā)經(jīng)驗撰寫了這份「如何成為底層程序員」的學習指南。其寫作動機很直接底層相關的技能已不像過去那樣常見同時越來越多的學生與初學者向原作者請教「如何成為底層開發(fā)者 / Linux 內(nèi)核工程師」。需要特別強調本文的定位這是一份路線圖roadmap而不是百科全書。原作者明確說明文章不會包含所有鏈接、書籍與課程例如它只引入 Arduino 這個關鍵詞而不展開嵌入式系統(tǒng)的細節(jié)。拿到關鍵詞后你需要自己去 Google、購買套件、動手實踐而不是收藏一堆鏈接卻從不閱讀。底層編程是計算機科學的一部分。如果有機會先接受系統(tǒng)的計算機科學教育效果會更好開源社區(qū)也提供了免費的自學路徑如 OSSU 的 computer-science 課程體系。在本倉庫中該路線圖以多語言維護README.md 為英文原版本指南所依據(jù)的 README_tw.md 為正體中文版另附 簡體中文版、日文版之外的多種翻譯。此外原作者在文檔開頭附有一段誠實的職業(yè)提醒底層開發(fā)已不是主流趨勢目前雇傭底層開發(fā)者的公司不多作者本人也越來越難找到相關工作如果你尚未開啟職業(yè)生涯建議仔細權衡是否選擇其他領域。這是一段值得認真對待的現(xiàn)實提示——本文的價值在于提供學習路徑而非美化就業(yè)前景。什么是「底層」原作者對「底層」與「高層」的劃分標準非常清晰是否使用 C 或匯編語言編寫與機器直接相關的程序。底層編程意味著程序非常貼近機器直接面對 CPU、寄存器、內(nèi)存與硬件設備與之相對的用戶空間user-space的應用程序通常使用 Python、Java 等高層語言開發(fā)者一般無需關心機器與硬件的細節(jié)。在此基礎上需要厘清兩個易混淆的概念系統(tǒng)編程system programming是與底層編程非常接近的概念但系統(tǒng)編程通常不包含硬件設計與固件開發(fā)而本文把這兩塊額外內(nèi)容也納入進來本文的覆蓋范圍從硬件組件一直延伸到Linux 內(nèi)核跨越了非常多的層次。原作者坦言單篇文章不可能覆蓋所有層次的細節(jié)因此它的作用是充當進入底層世界的起點而不是終點。理論兩大支柱與推薦書單底層編程的根基是兩門理論計算機體系結構Computer Architecture——CPU 如何工作、存儲層次、流水線、內(nèi)存映射等操作系統(tǒng)Operating Systems——進程、內(nèi)存管理、調度、文件系統(tǒng)與內(nèi)核設計。原作者對理論學習的觀點很務實優(yōu)先跟著課程學。在線大學平臺如 Coursera、edx上可以找到各大學的公開課自己讀書并非不好但會耗費大量時間與精力。理論就是理論不需要拿到 A只要在腦中建立粗略的全局背景即可你會隨著經(jīng)驗的積累越來越強。推薦的課程示例CS401 操作系統(tǒng)saylor.org 提供的公開課。下面是原作者親自讀過、通常是大學教科書的書單即使學校沒有相關課程也值得花時間閱讀計算機體系結構《Computer Architecture, Fifth Edition: A Quantitative Approach》《Computer Systems: A Programmers Perspective》《Computer Organization and Design, Fourth Edition: The Hardware/Software Interface》操作系統(tǒng)《The Magic Garden Explained: The Internals of UNIX System V Release 4 an Open Systems Design》《The Design of the UNIX Operating System》Maurice J. Bach 著《Operating Systems: Internals and Design Principles》William Stallings 著倉庫佐證英文原版 README.md 在理論部分額外補充了一條「硬件設計」建議——親手搭建一套 8086 微處理器套件Build Your Own 8086 Microprocessor Kit。原作者的親身感受是如果不親手搭一塊硬件板就無法真正理解「物理內(nèi)存映射設備」是什么現(xiàn)代應用處理器集成了太多 IP你幾乎沒有機會親眼看到 CPU 核心與外圍設備是如何連接的。自己搭一套 8086 套件就能用眼睛看到每個外設被定位在物理內(nèi)存的哪個位置理解總線、中斷、時鐘、電源等主要硬件組件如何協(xié)同工作。搜索 8086 kit 可以找到售賣原理圖、元器件與手冊的站點。作者強調「世界上有無窮無盡的好書不必每一本都讀選一兩本仔細讀透即可。每學到一條理論就用代碼把它實現(xiàn)出來——實做無價把東西做出來知識才真正屬于你Implementing one thing is better than knowing one hundred theories。」編程語言匯編與 C底層編程繞不開兩門語言。原作者的立場非常鮮明匯編只需懂「概念」C 則「沒有捷徑」。匯編語言Assembly學習建議在 x86 與 ARM 中只選一種即可無需兩者都懂學習匯編的重點是理解 CPU 與計算機的內(nèi)部運作方式因此不必練習最新 CPU 的指令集選 8086 或 Cortex-M 這類簡單架構就夠了。推薦資源以文字說明其用途原文檔含對應鏈接8086 assembly programming with emu8086gurugio 編寫掌握 CPU 與電腦架構的基本知識以及 C 語言開發(fā)的基本知識64bit assembly programming翻譯進行中現(xiàn)代 CPU 與電腦架構的基本知識以及 C 語言反組譯disassemble與調試的基本知識原作者曾公開尋求翻譯幫助Learning assembly for linux-x640xAX 編寫使用 NASM 編寫純 64-bit 匯編以及使用 GCC 編寫內(nèi)聯(lián)匯編ARM Architecture Reference Manual第 2 版ARM 編程的完整參考手冊《Computer Organization and Design》系列教材MIPS / ARM / RISC-V 三個版本這類學院派書籍從零開始解釋計算機每一個元件如何運作詳細闡述構成計算機體系結構的各種概念。它們的寫作目標并不是把讀者培養(yǎng)成某個具體匯編語言的專家MIPS 與 ARM 版本用不同架構講解同樣的主題且都包含 x86 世界的例子。倉庫佐證英文原版 README.md 的理論與匯編部分還包含「Build Your Own 8086 Microprocessor Kit」的硬件動手建議詳見上文理論一節(jié)將「匯編概念」與「親手搭建 8086 硬件」結合起來是原作者認為大學期間最有價值的課程之一。C 語言「關于 C 語言沒有捷徑。必須閱讀全部書籍并實做所有練習?！惯@是原文對 C 語言最核心的態(tài)度。推薦書籍與資源《C Programming: A Modern Approach第 2 版》《The C Programming Language第 2 版》KR 經(jīng)典之作《Modern C》Jens Gustedt 著面向 C 語言新標準《Is Parallel Programming Hard, And, If So, What Can You Do About It?》Paul E. McKenney 著用 C 語言實現(xiàn)同步的底層細節(jié)是大型 C 程序尤其是內(nèi)核編程的必備知識C Project Based Tutorials 討論合集讀完成一、兩本 C 語言書之后必須動手做東西。做法是先自己實現(xiàn)再對照別人的源碼——只有閱讀別人的源碼、學到更好的方法技能才會提升?！笗撬赖脑创a是活的」。build-your-own-xdanistefanovic 維護的項目合集從中尋找有趣的項目練手《Michael Abrashs Graphics Programming Black BookSpecial Edition》C 語言與少量 x86 匯編的優(yōu)化參考從 8088 時代講到當代專注于底層圖形性能優(yōu)化Framework and plugin design in Cgurugio 編寫如何用 C 語言在大型軟件中開發(fā)框架與插件也是閱讀 Linux 內(nèi)核代碼的入門提示若想成為 C 語言專家原作者給出的建議是去 LeetCode 練習數(shù)據(jù)結構與算法——「Good luck!」。Rust作為方向性補充需要說明本文所依據(jù)的 README_tw.md 并未單列 Rust 章節(jié)僅在「未來的趨勢」中提及但英文原版 README.md 已增加獨立的Rust language小節(jié)反映出原作者對系統(tǒng)編程新語言的關注故在此補充介紹原作者確信系統(tǒng)編程的下一代語言是 Rust并援引 Linus Torvalds 關于 Rust 進入 Linux 6.1 的表態(tài)學習路徑《The Rust Programming Language》官方入門書缺示例與練習→《Rust by Example》提供示例對照→《Programming Rust第 2 版》更深入的入門→Exercism 的 Rust 練習軌道針對單個特性做練習提交后可對比他人解法→《Easy Rust》用淺顯英文寫的書→ 視頻頻道 Lets get rusty同時更新 Rust 最新動態(tài)實戰(zhàn)方向Rust for Linux觀察 Rust 是如何進入 Linux 內(nèi)核的與Linux Device Drivers in Rust把《Linux Device Drivers》書中的示例用 Rust 重寫進行中。應用領域一硬件與固件想做嵌入式系統(tǒng)工程師建議從一個簡單的硬件套件起步而不是直接上手最新的 ARM 芯片。Arduino Start KitArduino 系列眾多但 Start Kit 配備最簡單的處理器ATmega328P和說明書。ATmega328P 是 8-bit 核心是數(shù)字電路設計與固件開發(fā)的良好起點。你不需要會畫原理圖、不需要會布局、不需要會封裝芯片但必須會讀電路圖知道芯片之間如何連接——固件開發(fā)者應能看懂原理圖并弄清如何向目標設備發(fā)送數(shù)據(jù)。跟著指南書一步步來8086 手冊x86 架構初學者了解處理器架構與 80x86 匯編的絕佳教材80386 手冊80x86 處理器保護模式與分頁paging機制的最佳指南。具備了上述基礎之后就可以開始接觸最新的 ARM / x86 處理器了例如樹莓派、BeagleBone、Arduino Intel Edison 等開發(fā)板。以樹莓派為例其開發(fā)板上的Cortex-A53 支持 64-bit 指令集可以讓你體驗現(xiàn)代處理器架構。但作者提出一個尖銳的問題「是的你可以買一塊板子但買來做什么如果沒有任何目標項目你大概率會把它扔進抽屜像之前買過的那些小玩意一樣遺忘?！挂虼怂扑]了一個明確的項目——寫一個你自己的內(nèi)核。用「玩具內(nèi)核toy kernel」理解現(xiàn)代架構原作者親手做了一個小型核心程序caos支持64-bit 長模式long mode分頁paging簡單的上下文切換context switching用這樣一個迷你內(nèi)核來示范現(xiàn)代電腦架構與硬件控制是理解底層機制的最佳實踐。更關鍵的洞察是你其實已經(jīng)擁有最新的處理器與硬件——就是你的筆記本和臺式機。你什么都不用買。理由如下qemu 模擬器可以模擬最新的 ARM 處理器和 Intel 處理器可參考的玩具內(nèi)核與文檔非常多你要做的就是安裝 qemu → 編譯出一個迷你內(nèi)核 → 啟動它 → 開啟分頁 →打印幾行消息看看。其他可參考的玩具內(nèi)核項目The Little OS Book、tuhdo 的 os01OS from 0 to 1等。應用領域二Linux 內(nèi)核與設備驅動「要做一個完整的操作系統(tǒng)非常困難其實你不需要自己做——加入 Linux 社群參與開發(fā)就好。」這是進入內(nèi)核世界最務實的姿態(tài)。書籍閱讀順序循序漸進《The Design of the UNIX Operating System》Maurice J. BachUnix 的基本概念被應用到幾乎所有操作系統(tǒng)上是掌握操作系統(tǒng)核心概念的極佳入口《Linux Device Drivers》LDD3親自把書中所有示例實現(xiàn)一遍《Linux Kernel Development》Robert Love理解 Linux 內(nèi)核的設計理念《Understanding the Linux Kernel》第 3 版讀這本書的同時對照 Linux 內(nèi)核 v2.6 源碼一起讀。原作者特別強調不要從最新版本開始v2.6 已經(jīng)足夠。配套的實操手段是用qemu gdb一行一行地把內(nèi)核代碼跑起來調試方法可參考內(nèi)核調試相關文檔用busybox做一個最簡單的文件系統(tǒng)實現(xiàn)一秒內(nèi)啟動的最小內(nèi)核。免費的進階資源Linux device driver labslinux-kernel-labs 社區(qū)使用內(nèi)核必備 API 編寫設備驅動的實戰(zhàn)指南與經(jīng)典范例原作者認為這份文檔幾乎覆蓋了所有必備內(nèi)核 APIThe Eudyptula Challenge像一位私人教師一樣指導你「下一步該做什么」適合「不知道做什么」的學習者?？上г撎魬?zhàn)已不再接受新挑戰(zhàn)者不過可以用搜索引擎找到前人上傳的題目自己嘗試解題后再與別人的解法對照raspberry-pi-os 項目用樹莓派從零構建一個類似 Linux 的內(nèi)核每一課先解釋某個內(nèi)核特性在 RPi OS 中如何實現(xiàn)再演示同樣的功能在 Linux 內(nèi)核中如何運作。該項目的邏輯是「做一個與 Linux 內(nèi)核相似的內(nèi)核就是理解 Linux 內(nèi)核最好的方式」項目尚未完成Block layer and device drivergurugio 編寫從簡單的多隊列multi-queue模式的 Ramdisk 塊設備驅動入手再深入到塊設備層block layermd driver of Linux kernel韓文mdadm 工具如何工作、如何調用 md 驅動以及 md 驅動內(nèi)部如何運作Lions Commentary on UNIX 6th Edition, with Source Code解讀 UNIX 第 6 版源碼的經(jīng)典評注英文原版 README.md 收錄。參考資料遇到困難時查閱Free-electrons 官網(wǎng)大量主題幻燈片尤其是 ARM-Linux 方向Julia Evans 的博文《You can be a kernel hacker!》如何開始內(nèi)核編程的指南。應用領域三其他方向也許你對 Linux 與固件并不真的感興趣——底層編程并不只有內(nèi)核與驅動。原作者指出還有其他應用領域Windows 系統(tǒng)編程與設備驅動信息安全Security逆向工程Reverse Engineering原作者聲明自己對這三個領域沒有相關知識期待有人提供入門資料。另外需要特別強調「核心與驅動并不是底層編程的全部。」另一個重要的底層應用方向是軟件定義存儲Software-Defined Storage與分布式文件系統(tǒng)Distributed Filesystem。其細節(jié)超出本文范圍但可以通過 MIT 6.824 課程分布式系統(tǒng)經(jīng)典課程及其配套的 yfs 參考實現(xiàn)動手做一個簡單的分布式文件系統(tǒng)。底層編程的未來趨勢原作者坦言「我不知道未來會怎樣」但明確列出了自己持續(xù)關注的方向Rust系統(tǒng)編程領域的下一代語言可用于開發(fā) Linux 設備驅動如 rust.ko 實驗項目也因此成為底層開發(fā)者值得押注的新技能物聯(lián)網(wǎng)IoT與實時操作系統(tǒng)ARM、三星等公司都有自己的 RTOS可惜大多閉源而Linux 基金會的 Zephyr是開源替代方案值得研究與學習云服務器的多層技術棧與虛擬化演進典型的云服務器包含主層 OS、客層 OS、KVM 驅動、qemu 進程與應用服務等多層堆疊。容器已經(jīng)提供了輕量級虛擬化而在不遠的將來library OS / Unikernel這類新概念操作系統(tǒng)有可能取代傳統(tǒng)的軟件虛擬化技術棧大數(shù)據(jù)與云計算的存儲挑戰(zhàn)直接掛載在服務器上的磁盤在容量、穩(wěn)定性與性能上越來越難以滿足需求因此業(yè)界正在研究用高速網(wǎng)絡連接大量存儲節(jié)點、構建巨型存儲系統(tǒng)——即軟件定義存儲 / 集群文件系統(tǒng)如 Ceph的方向過去用于搭建單一巨大存儲卷如今則更多地為大量虛擬機提供獨立存儲卷。如何開始—— 作者親測的分步路線很多讀者問「該怎么開始」。原作者承認自己忘了寫這一節(jié)并坦言「如何到達彼岸并沒有標準答案」他只能把自己做過的路徑寫出來作為參考。如果你已經(jīng)掌握某一步直接跳到下一步即可。讀操作系統(tǒng)理論書至少閱讀《The Design of the UNIX Operating System》Maurice J. Bach 著學匯編與 C 語言匯編讀 8086 assembly programminggurugio 著理解匯編編程的概念即可不必做實際練習C 語言把《The C Programming Language第 2 版》每一道練習題都解出來再讀《C Programming: A Modern Approach第 2 版》用 C 做實際項目從 C Project Based Tutorials 中挑一兩個有趣項目然后做自己的項目如果實在找不到感興趣的項目去 LeetCode 練數(shù)據(jù)結構與算法也是可以的做一個硬件項目用樹莓派或 Arduino 都行關鍵是用C 語言只用 C獲得直接控制硬件的經(jīng)驗。作者的具體建議是購買一個ATmega128 套件寫固件實現(xiàn)開關 LED、檢測按鍵輸入、在字符 LCD 上顯示消息控制馬達例如做一臺尋軌機器人也是很好的項目。不要使用任何庫——除了下載器之外的一切都要自己造輪子這樣才能獲得「從無到有」的知識掌握 Linux 內(nèi)核基礎底層編程離操作系統(tǒng)很近你必須知道 OS 內(nèi)部如何運作。先從設備驅動入手讀《Linux Device Drivers》配合 Linux device driver labs 與 Eudyptula Challenge再讀《Linux Kernel Development》理解內(nèi)核內(nèi)部機制走向專業(yè)領域若目標是從業(yè) Linux 內(nèi)核開發(fā)者必讀《Understanding the Linux Kernel》然后動手寫一個玩具內(nèi)核可參考 raspberry-pi-os 與 OSDev 的 Getting Started 指南并把內(nèi)核的 GitHub 鏈接寫進簡歷別忘了在 commit message 里寫詳細說明關注 lwn.net 上的最新動態(tài)與內(nèi)核補丁Kernel/Patches 欄目挑一個你感興趣的補丁嘗試讀懂其源碼每試一次就離內(nèi)核更近一步在本地構建并測試內(nèi)核例如運行 LTP 性能與穩(wěn)定性測試以及內(nèi)核源碼中的 dev-tools 測試工具發(fā)現(xiàn)問題就報告編譯警告/錯誤、性能下降、kernel panic / oops 等如果測試一切正常附上你的系統(tǒng)規(guī)格報告——補丁作者會把你的名字寫進 Reviewed-by 標簽最終在kernel git log 里找到你的名字當然也可以選擇其他議題底層工程師可涉足安全、編譯器、固件、機器人/汽車等眾多領域。倉庫內(nèi)的翻譯版本本倉庫以多語言維護這份路線圖讀者可按語言偏好閱讀英文原版簡體中文版正體中文版葡萄牙語版、意大利語版、捷克語版、俄語版、土耳其語版、西班牙語版、法語版、波斯語版、印尼語版補充說明簡體中文版 README_cn.md 中提及過一份 C 語言挑戰(zhàn)文檔c-language-challenge.md用于承接 Eudyptula Challenge 的學習計劃但該文件并未收錄在當前鏡像倉庫中請以各語言 README 的實際內(nèi)容為準。作者背景與經(jīng)驗參考原作者是一位擁有10 年以上底層開發(fā)經(jīng)驗的程序員其經(jīng)歷覆蓋了本路線圖的幾乎所有環(huán)節(jié)可作為可信度的佐證80x86 匯編語言開發(fā)基于 Atmel 芯片的硬件與固件開發(fā)Unix 系統(tǒng)下的 C 語言開發(fā)Linux 設備驅動開發(fā)Linux 內(nèi)核page allocation頁面分配Linux 內(nèi)核塊設備驅動與 md 模塊。整份文檔的「理論 → 語言 → 硬件/固件 → 內(nèi)核/驅動 → 未來趨勢 → 分步路線」結構正是作者十余年經(jīng)驗的自上而下濃縮。把路線圖當作起點而非終點——每學到一條理論就動手實現(xiàn)每讀一本書就完成所有練習用玩具內(nèi)核與 qemu 讓抽象的硬件概念落地最終在真實的內(nèi)核社區(qū)里找到自己的名字這就是 lowlevelprogramming-university 想傳達的全部方法論。贊分享教程【免費下載鏈接】lowlevelprogramming-universityHow to be low-level programmer項目地址https://gitcode.com/gh_mirrors/lo/lowlevelprogramming-university點擊查看免費下載相關推薦Low-Level Programming University 底層程序員自學路線圖從匯編與 C 到 Linux 內(nèi)核的系統(tǒng)成長指南Low Level Programming University 底層程序員自學路線圖從匯編與 C 到 Linux 內(nèi)核的系統(tǒng)成長指南 本指南圍繞開源倉庫 l教程Low-Level Programming University 底層程序員路線圖從匯編、C 語言到 Linux 內(nèi)核的完整學習指南Low Level Programming University 底層程序員路線圖從匯編、C 語言到 Linux 內(nèi)核的完整學習指南 導讀 本文以開源項目 L教程Low-Level Programming University 底層編程學習路線圖從匯編、C 語言到 Linux 內(nèi)核的系統(tǒng)化指南Low Level Programming University 底層編程學習路線圖從匯編、C 語言到 Linux 內(nèi)核的系統(tǒng)化指南 本指南以開源倉庫 low教程上一篇Pandas 時間序列入門實戰(zhàn)從 datetime 轉換、dt 訪問器到重采樣下一篇terraform-provider-aws 數(shù)據(jù)源 aws_iam_user_ssh_key 實戰(zhàn)讀取 IAM 用戶 SSH 公鑰創(chuàng)作聲明：本文部分內(nèi)容由AI輔助生成（AIGC），僅供參考