由于我最近在学习学校开设的操作系统课程，想对此有更深入的了解，所以选择了cs162。一来是学习国内外对于学习的两种思维模式，二来是鞭策自己尽早习惯英文环境。鉴于英文授课对很多新手来说并不友好，我在此做出关键内容的整理和课件的搬运与翻译。

这个CSDN上的笔记是所有字幕整理成了文字，我习惯先阅读我要学习的部分，然后再去看一遍视频，接着做笔记的时候再次阅读（仅供参考）

总课程有二十五章，每章约90min左右，当然我想想要吃透是需要3h的。我会在一月内尽量完成这门课的学习。（立flag）

一、什么是操作系统

1.时间-引入

“不知何故，系统会在这些规定的时间内运行，其中有一些神奇的事”

经典计算机时延对照表

操作	英文原文	时延（纳秒 ns）	直观量级
L1 缓存访问	L1 cache reference	0.5 ns	纳秒级（CPU 内部最快）
分支预测错误	Branch mispredict	5 ns	纳秒级
L2 缓存访问	L2 cache reference	7 ns	纳秒级
互斥锁加锁 / 解锁	Mutex lock/unlock	25 ns	纳秒级
主存访问	Main memory reference	100 ns	百纳秒级
用 Zippy 压缩 1KB 数据	Compress 1K bytes with Zippy	3,000 ns	微秒级（3µs）
在 1Gbps 网络发送 2KB 数据	Send 2K bytes over 1 Gbps network	20,000 ns	微秒级（20µs）
从内存顺序读取 1MB	Read 1 MB sequentially from memory	250,000 ns	百微秒级（0.25ms）
同数据中心内往返	Round trip within same datacenter	500,000 ns	半毫秒级（0.5ms）
磁盘寻道	Disk seek	10,000,000 ns	10 毫秒级
从磁盘顺序读取 1MB	Read 1 MB sequentially from disk	20,000,000 ns	20 毫秒级
数据包往返加州→荷兰→加州	Send packet CA→Netherlands→CA	150,000,000 ns	150 毫秒级

从半纳秒或皮秒级别的CAF引用，到跨越全球传输所需的毫秒，甚至在某些情况下是秒级时间。**而操作系统是实现这一切的关键。**因为如果没有它，你实际上是无法使用这些东西的。操作系统，它几乎为应用程序和程序员提供了统一的抽象，尽管硬件各不相同。（这是我的理解：我们知道随着底层技术的进步，现在有各种各样的设备，电脑就有各种品牌。而对于不同的设备安装软件时，我们需要不管什么设备都可以正确的运行软件，在其中起到作用的就是操作系统）后文kubi提到“底层实际上是硬件，操作系统是介于应用程序（这些是你想要完成的任务）和复杂杂乱的底层硬件之间的一个层。”

从作用上来说，“它使你能够管理在多个应用程序之间共享的资源，同时还能够处理安全问题。而一些关键的构建模块，我们将在本学期深入讨论的内容，诸如进程、线程、并发、调度、协调、所有这些内容、地址空间、保护和安全等。”

二、搜索-举例

“在这节课上，你可以近距离观察到这些构建模块如何实际被实现，如何将它们整合在一起。举个例子，你拿出手机，搜索一些内容。其实，发生的是：

手机会连接到DNS服务，DNS是层级化的，因此可能有多个服务器连接以获取响应。它的作用是将你可读的人类服务名称转化为IP地址，之后可以用来通过互联网不断跳转到某个地方。

可能是一个数据中心，你将在入口点遇到负载均衡器。你完全没有意识到，负载均衡器会选择下一个跳点来转发这个信息。然后，也许有一些定制的服务器在忙于执行你的搜索或寻找信息。

找到你感兴趣的信息。可能会生成一些广告，并且其他的合成也会发生在最终网页上，生成一个包含你结果的页面，也许还有一些广告，然后这些结果会通过同样的路径回传，通常是通过互联网返回到手机。这件你每天都会利用的简单事情，实际上有很多非常有趣的环节。”

什么是DNS？

DNS(domain name system)，也就是域名系统，把你能看懂的网址（比如 baidu.com）翻译成电脑能看懂的 IP 地址（比如 180.101.49.11）。是一个全球分布式、层级化的数据库，实现域名 ↔ IP 地址相互转换

层级（树状）：根域名服务器，顶级域服务器，权威域名服务器（每一层只负责自己的部分）
分布式：没有一台机器存全世界所有域名，每台服务器只负责一小部分，查询时一层层问过去
缓存（cache）:查过一次就记住，下次直接返回（极大提高速度，DNS高性能的关键）
网络协议实现：DNS用UDP53端口实现，快，无连接，适合小查询，大型请求会切TCP

什么是负载均衡器

**LB(Load Balancer)**它站在用户和一堆服务器中间，把请求均匀分给多台服务器，不让任何一台忙死、其他闲死。

当搜索东西的请求到达数据中心，第一个遇到的就是负载均衡器，它要看后面哪台服务器最闲然后把你的搜索请求转发给它，等服务器算完结果再传回给你。

理解了这两个概念，你是否已然窥见这个系统的精妙并且惊叹呢。

kubi说：“我也从中感到惊奇。我喜欢系统，并且我认为像这样的一个大系统能够正常运作，实在是太神奇了。”

这份热爱和求知欲感染到了不同时空的我，为之感同身受。

惊叹的同时，他抛出了两个问题。如果你理解了DNS的结构，我想你能回答出。

那么多DNS服务器是如何保持数据一致的

结构稳定：它永远是树形结构，每一层只管自己的，保证了全局一致
动态一致：如果管理员修改DNS记录，首先更新权威服务器，然后通知上级刷新，再逐级穿鼻哦
TTL同步：每台服务器其实不是实时同步的，全网一卡DNS就费了。事实上每条 DNS 记录都有一个过期时间。，每条 DNS 记录都有一个过期时间。

为什么不可能入侵DNS

物理上：服务器分布在全球，你需要同时攻破全球不同国家、不同运营商的机器，这在物理上几乎不可能
逻辑上：DNS是分层隔离的
技术上：DNS本身有防火墙，DNS 主要用 53 端口，外部攻击很难绕过。

回到之前的问题，什么是操作系统，kubi提到现在还没有一个被普遍解释的定义，但给出了一种理论

**“操作系统有一个叫做内核的部分，通常是计算机上始终运行的唯一程序，它像是操作系统的核心，可能其他的东西要么是随操作系统一起发布的系统程序，要么就是应用程序。”**在后文他会继续讲