操作系统与Linux【学习笔记一】_操作系统与linux系统心得-优快云博客

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本文探讨了Linux操作系统中的Debian和Redhat系列，重点介绍了Chrome浏览器的进程与线程架构，包括多进程设计、内存优化、渲染管道、用户输入处理和首屏渲染策略。通过剖析浏览器工作流程，揭示了如何利用进程间通信和沙箱化提升性能和安全性。

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1、Linux通识

我们的电脑通常安装的是 Windows 操作系统，Windows 下有 Windows 2003， Windows 2007， Win7，Win10；还有其他普通人不常用的操作系统，如 Linux，Dos，Mac，Unix等。

说到 Linux 系统，就有2个系列的概念：debian 系和 redhat 系。

debian系主要有Debian，Ubuntu，Mint等及其衍生版本；
redhat系主要有RedHat，Fedora，CentOs等。

2、常用命令

3、浏览器的秘密

3.1进程与线程

CPU是工厂，进程是一个车间，是工厂要执行的任务，任意时刻单个CPU只能运行一个任务。多个机器人共同完成一个任务，线程就是机器人。工厂同一时刻又只能给一个机器人供电，但你仍然感觉到许多不同的任务正在 "同时" 运行着，这是因为当切换任务的速度足够快时，你将感知不到 CPU 同一时刻只能做一个工作的特性。每当我们打开一个应用，就会启动一个进程。程序也会创建一个或多个线程来帮助它完成工作。如果两个进程需要对话，他们可以通过 进程间通信（IPC） 来进行。所以如果一个工作进程失去响应，该进程就可以在不停止应用程序不同部分的其他进程运行的情况下重新启动（Chrome 多进程架构的优点）

操作系统的设计，因此可以归结为三点：

（1）以多进程形式，允许多个任务同时运行；

（2）以多线程形式，允许单个任务分成不同的部分运行；

（3）提供协调机制，一方面防止进程之间和线程之间产生冲突，另一方面允许进程之间和线程之间共享资源。

还有更多进程如扩展进程与应用进程。如果你想要了解有多少进程运行在你的 Chrome 浏览器中，可以点击右上角的选项菜单图标，选择更多工具，然后选择任务管理器。然后会打开一个窗口，其中列出了当前正在运行的进程以及它们当前的 CPU/内存使用量。

把浏览器工作分成多个进程的另一好处是安全性与沙箱化。由于操作系统提供了限制进程权限的方法，浏览器就可以用沙箱保护某些特定功能的进程。例如，Chrome 浏览器限制处理任意用户输入的进程(如渲染器进程)对任意文件的访问。

3.2 节省更多内存 —— Chrome 中的服务化【多进程架构】

当 Chrome 运行在强力硬件上时，它会将每个服务分解到不同进程中，从而提升稳定性，但是如果 Chrome 运行在资源有限的设备上时，它会将服务聚合到一个进程中从而节省了内存占用。

站点隔离是近期引入到 Chrome 中的一个功能，它为每个 iframe 运行一个单独的渲染进程。我们已经讨论了许久每个标签页的渲染进程，它允许跨站点 iframe 运行在一个单独的渲染进程，在不同站点中共享内存。运行 a.com 与 b.com 在同一渲染进程中看起来还 ok。

同源策略是 web 的核心安全模型。同源策略确保站点在未得到其它站点许可的情况下不能获取其数据。安全攻击的一个主要目标就是绕过同源策略。进程隔离是分离站点的最高效的手段。随着 Meltdown and Spectre 的出现，使用进程来分离站点愈发势在必行。Chrome 67 版本后，桌面版 Chrome 都默认开启了站点隔离，每个标签页的 iframe 都有一个单独的渲染进程。

3.3 导航过程中发生了什么？【导航流】

看一个网络浏览的简单用例：你在浏览器中键入 URL，然后浏览器从互联网获取数据并显示一个页面。

它以浏览器进程开始，当你在地址栏中键入 URL 时，你的输入将由浏览器进程的 UI 线程处理。
第 1 步：处理输入：UI 线程要问的第一件事是 “这是一次搜索查询还是一个 URL 地址？”。
第 2 步：开始导航：当用户按下 Enter 键时，UI 线程启用网络调取去获取站点内容。在这时，网络线程可能会收到像 HTTP 301 那样的服务器重定向头。这种情况下，网络线程会告诉 UI 线程，服务器正在请求重定向。然后，另一个 URL 请求会被启动。
第 3 步：读取响应：一旦开始收到响应主体（payload），网络线程会在必要时查看数据流的前几个字节。响应报文的 Content-Type 字段会声明数据的类型，但是它有可能会丢失或者错误，所以就有了 MIME 类型嗅探来解决这个问题。如果响应是一个 HTML 文件，那么下一步就会把数据传给渲染进程，但是如果是一个压缩文件或是其他文件，那么意味着它是一个下载请求，因此需要将数据传递给下载管理器。此时也会进行 SafeBrowsing 检查。如果域名和响应数据似乎匹配到一个已知的恶意网站，那么网络线程会显示一个警告页面。除此之外，还会发生 Cross Origin Read Blocking（CORB）检查，以确保敏感的跨域数据不被传给渲染进程。
第 4 步：查找渲染进程：一旦所有的检查执行完毕并且网络线程确信浏览器会导航到请求的站点，网络线程会告诉 UI 线程所有的数据准备完毕。UI 线程会寻找渲染进程去开始渲染 web 页面。由于网络请求会花费几百毫秒才获取回响应，因此可以应用一个优化措施。当第 2 步 UI 线程正发送一个 URL 请求给网络线程时，它已经知道它们会导航到哪个站点。在网络请求的同时，UI 并行地线程尝试主动寻找或开启一个渲染进程。这样，如果一切按预期进行，渲染进程在网络线程接受到数据时就已经处于待命状态。如果导航跨域重定向，这个待命进程也许不会被用到，这种情况下也许会用到另一个进程。
第 5 步：提交导航：现在数据和渲染进程已经就绪，浏览器进程会发送一个 IPC（进程间通信）到渲染进程去提交导航。它也会传递数据流，所以渲染进程可以保持接收 HTML 数据。一旦浏览器进程收到渲染进程已经提交的确认消息，导航完毕并且文档加载解析开始。这时，地址栏已经更新，安全指示器和站点设置 UI 会反映新页面的站点信息。此标签页的 session 历史记录会被更新，所以前进/后退按钮会走向刚导航过的站点。当你关闭标签页或者窗口，为了优化 tab/session 的还原，session 历史被保存在硬盘上。

3.4 渲染管道从解析到合成的整个过程【渲染进程内部机制】

渲染进程的核心工作是将 HTML、CSS 和 JavaScript 转换为用户可以与之交互的网页。渲染进程内部包含主线程、工作线程、合成线程和光栅线程
1、解析：DOM的构建【当渲染进程收到导航的提交消息并开始接收 HTML 数据时，主线程开始解析文本字符串（HTML）并将其转换为文档对象模型（DOM）。DOM 是一个页面在浏览器内部表现，也是 Web 开发人员可以通过 JavaScript 与之交互的数据结构和 API。】；子资源加载【网站通常使用图像、CSS 和 JavaScript 等外部资源，这些文件需要从网络或缓存加载。在解析构建 DOM 时，主线程会按处理顺序逐个请求它们，但为了加快速度，“预加载扫描器（preload scanner）”会同时运行。如果 HTML 文档中有 <img> 或 <link> 之类的内容，则预加载扫描器会查看由 HTML 解析器生成的标记，并在浏览器进程中向网络线程发送请求。】；Javascript阻塞解析【当 HTML 解析器遇到 <script> 标记时，会暂停解析 HTML 文档，开始加载、解析并执行 JavaScript 代码。为什么？因为JavaScript 可以使用诸如 document.write() 的方法来改写文档，这会改变整个 DOM 结构。这就是 HTML 解析器必须等待 JavaScript 运行后再继续解析 HTML 文档原因。】
2、提示浏览器如何加载资源：Web 开发者可以通过多种方式向浏览器发送提示，以便很好地加载资源。如果你的 JavaScript 不使用 document.write()，你可以在 <script> 标签添加async或defer属性，这样浏览器会异步加载运行 JavaScript 代码，而不阻塞解析。如果合适，你也可以使用javascript模块。可以使用 <link rel="preload"> 告知浏览器当前导航肯定需要该资源，并且你希望尽快下载。
3、样式计算：只拥有 DOM 不足以确定页面的外观，因为我们会在 CSS 中设置页面元素的样式。主线程解析 CSS 并确定每个 DOM 节点计算后的样式。
4、布局：布局是计算元素几何形状的过程。主线程遍历 DOM，计算样式并创建布局树，其中包含 x y 坐标和边界框大小等信息。布局树可能与 DOM 树结构类似，但它仅包含页面上可见内容相关的信息。
5、绘制：在绘制步骤中，主线程遍历布局树创建绘制记录。绘制记录是绘图过程的记录，就像是“背景优先，然后是文本，然后是矩形”。
更新渲染管道的成本很高。渲染管道中最重要的事情是：每个步骤中，前一个操作的结果用于后一个操作创建新数据。例如，如果布局树中的某些内容发生改变，需要为文档的受影响部分重新生成“绘制”指令。如果要为元素设置动画，则浏览器必须在每个帧之间运行这些操作。即使渲染操作能跟上屏幕刷新，这些计算也会在主线程上运行，这意味着当你的应用程序运行 JavaScript 时动画可能会被阻塞。
6、合成：现在浏览器知道文档的结构、每个元素的样式、页面的几何形状和绘制顺序，它是如何绘制页面的？把这些信息转换为屏幕上的像素，我们称为光栅化。处理这种情况的一种简单的方法是，先在光栅化视窗内的画面，如果用户滚动页面，则移动光栅框，并光栅化填充缺少的部分。这就是 Chrome 首次发布时处理光栅化的方式。但是，现代浏览器会运行一个更复杂的过程，我们称为合成。合成是一种将页面的各个部分分层，分别光栅化，并在称为合成线程的单独线程中合成为页面的技术。如果发生滚动，由于图层已经光栅化，因此它所要做的只是合成一个新帧。动画也可以以相同的方式（移动图层和合成新帧）实现。一旦创建了图层树并确定了绘制顺序，主线程就会将该信息提交给合成线程。接着，合成线程会光栅化每个图层。一个图层可能会跟整个页面一样大，因此合成线程将它们分块后发送到光栅线程。光栅线程光栅化每个小块后会将它们存储在显存中。合成线程会给不同的光栅线程设置优先级，以便视窗（或附近）内的画面可以先被光栅化。图层还具有多个不同分辨率的块，可以处理放大操作等动作。一旦块被光栅化，合成线程会收集这些块的信息（称为绘制四边形）创建合成帧。接着，合成帧通过 IPC（进程间通讯）提交给浏览器进程。此时，可以从 UI 线程或其他插件的渲染进程添加另一个合成帧。这些合成器帧被发送到 GPU 然后在屏幕上显示。如果接收到滚动事件，合成线程会创建另一个合成帧发送到 GPU。合成的好处是它可以在不涉及主线程的情况下完成。合成线程不需要等待样式计算或 JavaScript 执行。这就是为什么仅合成动画被认为是流畅性能的最佳选择。如果需要再次计算布局或绘制，则必须涉及主线程。
浏览器的内核是指支持浏览器运行的最核心的程序，分为两个部分的，一是渲染引擎，另一个是JS引擎。渲染引擎在不同的浏览器中也不是都相同的。比如在 Firefox 中叫做 Gecko，在 Chrome 和 Safari 中都是基于 WebKit 开发的。

3.5 浏览器工作流程大体分为如下三部分：

1）浏览器会解析三个东西：

一个是HTML/SVG/XHTML，事实上，Webkit有三个C++的类对应这三类文档。解析这三种文件会产生一个DOM Tree。【DOM树构建过程：字节数据=>字符串=>Token=>Node=>DOM】
CSS，解析CSS会产生CSS规则树。【CSS树构建过程：字节数据=>字符串=>Token=>Node=>CSS】
Javascript，脚本，主要是通过DOM API和CSSOM API来操作DOM Tree和CSS Rule Tree.

2）解析完成后，浏览器引擎会通过DOM Tree 和 CSS Rule Tree 来构造 Rendering Tree。

Rendering Tree 渲染树并不等同于DOM树，因为一些像Header或display:none的东西就没必要放在渲染树中了。
CSS 的 Rule Tree主要是为了完成匹配并把CSS Rule附加上Rendering Tree上的每个Element。也就是DOM结点。也就是所谓的Frame。
然后，计算每个Frame（也就是每个Element）的位置，这又叫布局和回流过程。这一阶段浏览器要做的事情是要弄清楚各个节点在页面中的确切位置和大小。通常这一行为也被称为“自动重排”。布局流程的输出是一个“盒模型”，它会精确地捕获每个元素在视口内的确切位置和尺寸，所有相对测量值都将转换为屏幕上的绝对像素。

3）最后通过调用操作系统Native GUI的API绘制。

3.6 用户输入行为与合成器？？？

3.7 渲染过程中遇到JS文件怎么处理？

JavaScript的加载、解析与执行会阻塞DOM的构建，也就是说，在构建DOM时，HTML解析器若遇到了JavaScript，那么它会暂停构建DOM，将控制权移交给JavaScript引擎，等JavaScript引擎运行完毕，浏览器再从中断的地方恢复DOM构建。JS文件不只是阻塞DOM的构建，它会导致CSSOM也阻塞DOM的构建。【因为当JS想修改CSS，必须先下载和构建CSSOM，然后再执行JavaScript，最后再继续构建DOM。】