这是通过三国演义串起操作系统的原理，之前写过五篇小马创业篇，这次改编为三国演义篇。
用一个创业故事串起操作系统原理(一)
用一个创业故事串起操作系统原理（二）
用一个创业故事串起操作系统原理（三）
用一个创业故事串起操作系统原理（四）
用一个创业故事串起操作系统原理（五）
上一篇，我们讲到，刘备三顾茅庐请来诸葛亮，从而战略，战术，政务全方位体系都建立了。
第八回：
诸葛阵法复合多变，进程同步方法多样
自从诸葛亮当军师以来，排兵布阵便开始使用复合式战法，往往是多个将军带着多只部队配合作战。
诸葛亮排兵布阵风格一，可见于赤壁大战后对于华容道的安排。
孔明便与玄德、刘琦升帐坐定，谓赵云曰：“子龙可带三千军马，渡江径取乌林小路，拣树木芦苇密处埋伏。今夜四更已后，曹操必然从那条路奔走。等他军马过，就半中间放起火来。虽然不杀他尽绝，也杀一半。”云曰：“乌林有两条路：一条通南郡，一条取荆州。不知向那条路来？”孔明曰：“南郡势迫，曹操不敢往；必来荆州，然后大军投许昌而去。”云领计去了。又唤张飞曰：“翼德可领三千兵渡江，截断彝陵这条路，去葫芦谷口埋伏。曹操不敢走南彝陵，必望北彝陵去。来日雨过，必然来埋锅造饭。只看烟起，便就山边放起火来。虽然不捉得曹操，翼德这场功料也不小。”飞领计去了。
对于关羽，孔明曰：“昔日曹操待足下甚厚，足下当有以报之。今日操兵败，必走华容道；若令足下去时，必然放他过去。因此不敢教去。”云长曰：“愿依军法！”云长曰：“若曹操不从那条路上来，如何？”孔明曰：“我亦与你军令状。云长大喜。孔明曰：“云长可于华容小路高山之处，堆积柴草，放起一把火烟，引曹操来。”云长曰：“曹操望见烟，知有埋伏，如何肯来？”孔明笑曰：“岂不闻兵法虚虚实实之论？操虽能用兵，只此可以瞒过他也。他见烟起，将谓虚张声势，必然投这条路来。将军休得容情。”云长领了将令，引关平、周仓并五百校刀手，投华容道埋伏去了。
对于这次的排兵布阵，诸葛亮采用的是串联式，也即在敌人的必经之路上，依次埋伏将领，每个将领处理一批敌人，剩下的交给下一个环节。
在Linux里面，有一种类似的进程间通信机制，就是管道。
所谓的管道，就是在两个进程之间建立一条单向的通道，其实是一段缓存，它会将前一个命令的输出，作为后一个命令的输入。
管道的方式比较简单，缺点是必须事先全部安排好，如果有变动比较难灵活处理，需要依赖神机妙算，比如曹操如果没有按计划走华容道的话，也来不及通知关羽了。
军队之间通信的第二种方式就是靠人，也即靠信使。就是我们常听到的，报！！！大事不好！！！再探！！！
例如在夷陵之战的时候，信使将刘备联营七百里的图本传给诸葛亮看，可是已经晚了。所以这种方式的实时性也不好。
在Linux里面，和管道将信息一股脑儿地从一个进程，倒给另一个进程不同，消息队列有点儿像邮件，发送数据时，会分成一个一个独立的数据单元，也就是消息体，每个消息体都是固定大小的存储块，在字节流上不连续。
在Linux里面还有非常实时的一种模式，就是共享内存+信号量。
进程间通信的共享内存模型的原理是这样的。前面咱们讲内存管理的时候，知道每个进程都有自己独立的虚拟内存空间，不同的进程的虚拟内存空间映射到不同的物理内存中去。这个进程访问A地址和另一个进程访问A地址，其实访问的是不同的物理内存地址，对于数据的增删查改互不影响。
但是，咱们是不是可以变通一下，拿出一块虚拟地址空间来，映射到相同的物理内存中。这样这个进程写入的东西，另外一个进程马上就能看到了，都不需要拷贝来拷贝去，传来传去。
共享内存也有问题呀。如果两个进程使用同一个共享内存，大家都往里面写东西，很有可能就冲突了。例如两个进程都同时写一个地址，那先写的那个进程会发现内容被别人覆盖了。
当然，和共享内存配合的，有另一种保护机制，使得同一个共享的资源，同时只能被一个进程访问叫信号量。
信号量其实是一个计数器，主要用于实现进程间的互斥与同步，而不是用于存储进程间通信数据。
我们可以将信号量初始化为一个数值，来代表某种资源的总体数量。对于信号量来讲，会定义两种原子操作，一个是P操作，我们称为申请资源操作。这个操作会申请将信号量的数值减去N，表示这些数量被他申请使用了，其他人不能用了。另一个是V操作，我们称为归还资源操作，这个操作会申请将信号量加上M，表示这些数量已经还给信号量了，其他人可以使用了。
例如，你有100元钱，就可以将信号量设置为100。其中A向你借80元，就会调用P操作，申请减去80。如果同时B向你借50元，但是B的P操作比A晚，那就没有办法，只好等待A归还钱的时候，B的P操作才能成功。之后，A调用V操作，申请加上30元，也就是还给你30元，这个时候信号量有50元了，这时候B的P操作才能成功，才能借走这50元。
所谓原子操作（Atomic Operation），就是任何一块钱，都只能通过P操作借给一个人，不能同时借给两个人。也就是说，当A的P操作（借80）和B的P操作（借50），几乎同时到达的时候，不能因为大家都看到账户里有100就都成功，必须分个先来后到。
共享内存+信号量这种模式类似八门金锁阵，好处是配合紧密，不是和一个人战斗，而是和所有人。但是信号量的控制非常重要，要有个人站在最高处控制，在极端场景下，信号量设计不好容易死锁。比如赵云破阵，
如从东南角上生门击人，往正西景门而出，其阵必乱。
上面的这些机制，基本常规状态下的工作模式，如果发生了异常怎么办？例如出现线上系统故障，这个时候，什么流程都来不及了，不可能发邮件，也来不及开会，所有的架构师、开发、运维都要被通知紧急出动。所以，7乘24小时不间断执行的系统都需要有告警系统，一旦出事情，就要通知到人，哪怕是半夜，也要电话叫起来，处理故障。是不是应该还有一种异常情况下的工作模式。
当然应该有，我们可以建立像操作系统里面的信号机制。信号没有特别复杂的数据结构，就是用一个代号一样的数字。Linux提供了几十种信号，分别代表不同的意义。信号之间依靠它们的值来区分。这就像咱们看警匪片，对于紧急的行动，都是说，‘1号作战任务’开始执行，警察就开始行动了。情况紧急，不能啰里啰嗦了。
信号可以在任何时候发送给某一进程，进程需要为这个信号配置信号处理函数。当某个信号发生的时候，就默认执行这个函数就可以了。这就相当于咱们运维一个系统应急手册，当遇到什么情况，做什么事情，都事先准备好，出了事情照着做就可以了。
这种信号模式，诸葛亮经常使用，例如火烧博望坡的时候，诸葛亮是这样布置的。
孔明令曰：“博望之左有山，名曰豫山；右有林，名曰安林：可以埋伏军马。云长可引一千军往豫山埋伏，等彼军至，放过休敌；其辎重粮草，必在后面，但看南面火起，可纵兵出击，就焚其粮草。翼德可引一千军去安林背后山谷中埋伏，只看南面火起，便可出，向博望城旧屯粮草处纵火烧之。关平、刘封可引五百军，预备引火之物，于博望坡后两边等候，至初更兵到，便可放火矣。”又命：“于樊城取回赵云，令为前部，不要赢，只要输，主公自引一军为后援。各须依计而行，勿使有失。”
第九回：
孙刘联盟赤壁破曹，网络通信多机合作
诸葛亮辅佐刘备打了几个胜仗，但是曹操实力太强，还是敌不过，最终要按照隆中对中计划的一样，和孙权联合攻抗曹操。
但是两个集团的合作能否成功呢？这依赖于双方的合作协议是如何谈的。
在Linux里面，服务器之间的协作要靠网络协议。
这其实就像机器与机器之间合作，一台机器将自己想要表达的内容，按照某种约定好的格式发送出去。当另外一台机器收到这些信息后，也能够按照约定好的格式解析出来，从而准确、可靠地获得发送方想要表达的内容。这种约定好的格式就是网络协议。
现在业内知名的有两种网络协议模型，一种是OSI的标准七层模型，一种是业界标准的TCP/IP模型。它们的对应关系如下图所示：
下面我们来解析一下网络协议。
我们先从第三层网络层开始，因为这一层有我们熟悉的IP地址，所以这一层我们也叫IP层。
连接到网络上的每一个设备都至少有一个IP地址，用于定位这个设备。无论是近在咫尺的、你旁边同学的电脑，还是远在天边的电商网站，都可以通过IP地址进行定位。因此，IP地址类似互联网上的邮寄地址，是有全局定位功能的。
就算你要访问美国的一个地址，也可以从你身边的网络出发，通过不断地打听道儿，经过多个网络，最终到达目的地址，和快递员送包裹的过程差不多。打听道儿的协议也在第三层，我们称为路由协议。将网络包从一个网络转发给另一个网络的设备，我们称为路由器。
总而言之，第三层干的事情，就是网络包从一个起始的IP地址，沿着路由协议指的道儿，经过多个网络，通过多次路由器转发，到达目标IP地址。
IP层是网络协议里面的核心层，承上启下。
对于刘备集团和孙权集团来讲，首先双方建立联系的，就是诸葛亮和鲁肃。这两个人都是双方中流砥柱的人才，也是制定战略的人才。就像两台机器要通信事先双方知道对方的IP地址一样，诸葛亮和鲁肃互相闻名已久。
鲁子敬愿亲到江夏，搬请诸葛亮共议破曹大计。孙权因刘备两次打败曹操，急于摸清曹军兵力，同意鲁肃去江夏探听虚实。诸葛亮于是决定只身入吴，要凭三寸不烂之舌，去说孙、曹两家互相吞并。
从第三层，我们往下看。第二层是数据链路层。有时候我们简称为二层或者MAC层。所谓MAC，就是每个网卡都有的唯一的硬件地址（不绝对唯一，相对大概率唯一即可，类比UUID）。这虽然也是一个地址，但是这个地址是没有全局定位功能的。
就像给你送外卖的小哥，不可能根据手机尾号找到你家，但是手机尾号有本地定位功能的，只不过这个定位主要靠“吼“。外卖小哥到了你的楼层就开始大喊：“尾号xxxx的，你外卖到了！“
MAC地址的定位功能局限在一个网络里面，也即同一个网络号下的IP地址之间，可以通过MAC进行定位和通信。从IP地址获取MAC地址要通过ARP协议，是通过在本地发送广播包，也就是“吼“，获得的MAC地址。
由于同一个网络内的机器数量有限，通过MAC地址的好处就是简单。匹配上MAC地址就接收，匹配不上就不接收，没有什么所谓路由协议这样复杂的协议。当然坏处就是，MAC地址的作用范围不能出本地网络，所以一旦跨网络通信，虽然IP地址保持不变，但是MAC地址每经过一个路由器就要换一次。
所以第二层干的事情，就是网络包在本地网络中的服务器之间定位及通信的机制。
我们再往下看第一层，物理层。这一层就是物理设备。例如，连着电脑的网线，我们能连上的WiFi。
鲁肃和诸葛亮各管各的属下，这不消说。到了东吴的地盘，诸葛亮也是一切听鲁肃安排，因为江东的地理，人物，政治，权力格局，也是只有鲁肃最清楚的。
到了东吴，诸葛亮也是遍访东吴人物，摸清各自主战主和，最终敲定关键要劝说的人物——周瑜。这就相当于ARP通过广播获取目标MAC了。
从第三层往上看，第四层是传输层，这里面有两个著名的协议，TCP和UDP。尤其是TCP，更是广泛使用，在IP层的代码逻辑中，仅仅负责数据从一个IP地址发送给另一个IP地址，丢包、乱序、重传、拥塞，这些IP层都不管。处理这些问题的代码逻辑写在了传输层的TCP协议里面。
我们常说，TCP是可靠传输协议，也是难为它了。因为从第一层到第三层都不可靠，网络包说丢就丢，是TCP这一层通过各种编号、重传等机制，让本来不可靠的网络对于更上层来讲，变得“看起来”可靠。哪有什么应用层的岁月静好，只不过是TCP层在负重前行。
对于东吴来讲，两个比鲁肃更加重要的两个人物，就是张昭和周瑜，这两个一个主战，主张和刘备达成协作，是周瑜，是TCP，也即定向建立连接，一个主和，主张投降曹操，是张昭，是UDP，也即和谁通信都行。
接下来，诸葛亮要和周瑜建立TCP连接了，也即三次握手，智激周瑜。
传输层再往上就是应用层，例如，咱们在浏览器里面输入的HTTP，Java服务端写的Servlet，都是这一层的。
孙权就是应用层了。
二层到四层都是在Linux内核里面处理的，应用层例如浏览器、Nginx、Tomcat都是用户态的。内核里面对于网络包的处理是不区分应用的。
从四层再往上，就需要区分网络包发给哪个应用。在传输层的TCP和UDP协议里面，都有端口的概念，不同的应用监听不同的端口。例如，服务端Nginx监听80、Tomcat监听8080；再如客户端浏览器监听一个随机端口，FTP客户端监听另外一个随机端口。
应用层和内核互通的机制，就是通过Socket系统调用。所以经常有人会问，Socket属于哪一层，其实它哪一层都不属于，它属于操作系统的概念，而非网络协议分层的概念。
操作系统对于网络协议的实现模式是这样的：二到四层的处理代码在内核里面，七层的处理代码让应用自己去做。两者需要跨内核态和用户态通信，就需要一个系统调用完成这个衔接，这就是Socket。
如果公司想要和其他公司沟通，我们将请求封装为HTTP协议，通过Socket发送到内核。内核的网络协议栈里面，在TCP层创建用于维护连接、序列号、重传、拥塞控制的数据结构，将HTTP包加上TCP头，发送给IP层，IP层加上IP头，发送给MAC层，MAC层加上MAC头，从硬件网卡发出去。
最终网络包会被转发到目标服务器，它发现MAC地址匹配，就将MAC头取下来，交给上一层。IP层发现IP地址匹配，将IP头取下来，交给上一层。TCP层会根据TCP头中的序列号等信息，发现它是一个正确的网络包，就会将网络包缓存起来，等待应用层的读取。
应用层通过Socket监听某个端口，因而读取的时候，内核会根据TCP头中的端口号，将网络包发给相应的应用。
第十回：
赤壁大胜又得荆益，设备众多统一管理
联合了孙权之后，果真赤壁大胜曹操，诸葛亮趁机占领了荆州，并以荆州为根基，进一步占领了益州，隆中对中的计划算是完成了一半。
还记得隆中对怎么说的嘛？
若跨有荆、益，保其岩阻，西和诸戎，南抚夷越，外结好孙权，内修政理；天下有变，则命一上将将荆州之军以向宛、洛，将军身率益州之众出于秦川，百姓孰敢不箪食壶浆，以迎将军者乎？诚如是，则霸业可成，汉室可兴矣。
现在“跨有荆、益，保其岩阻”问题解决了，接下来就是“西和诸戎，南抚夷越，外结好孙权，内修政理”，由于刘备算是从夹缝里面打出一片自己的天下，所以导致面临的环境比较复杂，周围各个方面的关系都要照顾好。
这有点像一家公司要做To B的生意，发现客户多种多样，众口难调，不同的地域不一样，不同的行业不一样。如果你不懂某个地方的规矩，根本卖不出去东西；如果你不懂某个具体行业的使用场景，也无法满足客户的需求。怎么办呢？一般公司采取的策略就是建立生态，设置很多代理商，让各个地区和各个行业的代理商帮你屏蔽这些差异化。你和代理商之间只要进行简单的标准产品交付就可以了。
诸葛亮自有一套自己的办法，从他七擒孟获就可以看出来。
作为Linux操作系统，需要管理的设备也是复杂多样的。我们能举出来的，例如键盘、鼠标、显示器、网卡、硬盘、打印机、CD/DVD等等，多种多样。这样，当然方便用户使用了，但是对于操作系统来讲，却是一件复杂的事情，因为这么多设备，形状、用法、功能都不一样，怎么才能统一管理起来呢？我们一层一层来看。
