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對於程序員來說，最莫大的榮耀莫過於自己的軟件被大多數人使用了吧。

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本篇文章作為操作系統的入門文章，可能入門都算不上吧，畢竟操作系統太龐大和複雜了。本篇文章主要帶你了解一下我們常用的操作系統環境。

操作系統環境

程序中包含着運行環境這一內容，可以說 運行環境 = 操作系統 + 硬件 ，操作系統又可以被稱為軟件，它是由一系列的指令組成的。我們不介紹操作系統，我們主要來介紹一下硬件的識別。

我們肯定都玩兒過遊戲，你玩兒遊戲前需要干什麼？是不是需要先看一下自己的筆記本或者電腦是不是能肝的起遊戲？下面是一個遊戲的配置（懷念一下 wow）

圖中的主要配置如下

• 操作系統版本：說的就是應用程序運行在何種系統環境，現在市面上主要有三種操作系統環境，Windows 、Linux 和 Unix ，一般我們玩兒的大型遊戲幾乎都是在 Windows 上運行，可以說 Windows 是遊戲的天堂。Windows 操作系統也會有區分，分為32位操作系統和64位操作系統，互不兼容。

• 處理器：處理器指的就是 CPU，你的電腦的計算能力，通俗來講就是每秒鐘能處理的指令數，如果你的電腦覺得卡帶不起來的話，很可能就是 CPU 的計算能力不足導致的。想要加深理解，請閱讀博主的另一篇文章：

• 顯卡：顯卡承擔圖形的輸出任務，因此又被稱為圖形處理器（Graphic Processing Unit，GPU），顯卡也非常重要，比如我之前玩兒的劍靈開五檔（其實就是圖像變得更清晰）會卡，其實就是顯卡显示不出來的原因。

• 內存：內存即主存，就是你的應用程序在運行時能夠動態分析指令的這部分存儲空間，它的大小也能決定你電腦的運行速度，想要加深理解，請閱讀博主的另一篇文章

• 存儲空間：存儲空間指的就是應用程序安裝所佔用的磁盤空間，由圖中可知，此遊戲的最低存儲空間必須要大於 5GB，其實我們都會遺留很大一部分用來安裝遊戲。

從程序的運行環境這一角度來考量的話，CPU 的種類是特別重要的參數，為了使程序能夠正常運行，必須滿足 CPU 所需的最低配置。

CPU 只能解釋其自身固有的語言。不同的 CPU 能解釋的機器語言的種類也是不同的。機器語言的程序稱為 本地代碼(native code)，程序員用 C 等高級語言編寫的程序，僅僅是文本文件。文本文件(排除文字編碼的問題)在任何環境下都能显示和編輯。我們稱之為源代碼。通過對源代碼進行編譯，就可以得到本地代碼。下圖反映了這個過程。

Windows 操作系統克服了CPU以外的硬件差異

計算機的硬件並不僅僅是由 CPU 組成的，還包括用於存儲程序指令的數據和內存，以及通過 I/O 連接的鍵盤、显示器、硬盤、打印機等外圍設備。

在 WIndows 軟件中，鍵盤輸入、显示器輸出等並不是直接向硬件發送指令。而是通過向 Windows 發送指令實現的。因此，程序員就不用注意內存和 I/O 地址的不同構成了。Windows 操作的是硬件而不是軟件，軟件通過操作 Windows 系統可以達到控制硬件的目的。

不同操作系統的 API 差異性

接下來我們看一下操作系統的種類。同樣機型的計算機，可安裝的操作系統類型也會有多種選擇。例如：AT 兼容機除了可以安裝 Windows 之外，還可以採用 Unix 系列的 Linux 以及 FreeBSD （也是一種Unix操作系統）等多個操作系統。當然，應用軟件則必須根據不同的操作系統類型來專門開發。CPU 的類型不同，所對應機器的語言也不同,同樣的道理，操作系統的類型不同，應用程序向操作系統傳遞指令的途徑也不同。

應用程序向系統傳遞指令的途徑稱為 API(Application Programming Interface)。Windows 以及 Linux 操作系統的 API，提供了任何應用程序都可以利用的函數組合。因為不同操作系統的 API 是有差異的。所以，如何要將同樣的應用程序移植到另外的操作系統，就必須要覆蓋應用所用到的 API 部分。

鍵盤輸入、鼠標輸入、显示器輸出、文件輸入和輸出等同外圍設備進行交互的功能，都是通過 API 提供的。

這也就是為什麼 Windows 應用程序不能直接移植到 Linux 操作系統上的原因，API 差異太大了。

在同類型的操作系統下，不論硬件如何，API 幾乎相同。但是，由於不同種類 CPU 的機器語言不同，因此本地代碼也不盡相同。

FreeBSD Port 幫你輕鬆使用源代碼

不知道你有沒有這個想法：“既然 CPU 不同會導致本地代碼不同，那為何不將源代碼直接發送給程序呢？”這確實是一種解決辦法，Unix 系列的 FreeBSD 操作系統就使用了這種方式。

Unix 系列操作系統 FreeBSD 中，存在一種名為 Ports 的機制。該機制能夠結合當前運行環境的硬件環境來編譯應用的源代碼，進而得到可以運行的本地代碼。如果目標應用的源代碼在硬件上找不到，Ports 就會自動使用 FTP 連接到相應站點下載代碼。

全球有很多站點都提供適用於 FreeBSD 的應用源代碼。通過使用 Ports 可以利用的程序源代碼，大約有 16000 種。根據不同的領域進行分類，可以隨時使用。

FreeBSD 上應用的源代碼，大部分是用 C 語言來標註的，C 編譯器可以結合 FreeBSD 的運行環境來生成合適的本地代碼。

FTP( File Transfer Protocol) 是連接到互聯網上的計算機之間的傳送文件的協議。

可以使用虛擬機獲取其他環境

即使不通過應用程序的移植，在同一個操作系統上仍然可以使用其他的操作系統，那就是使用 虛擬機軟件。虛擬機（Virtual Machine）指通過軟件的具有完整硬件系統功能的、運行在一個完全隔離環境中的完整計算機系統。在實體計算機中能夠完成的工作在虛擬機中都能夠實現。

提供相同運行環境的 Java 虛擬機

總算是提到大 Java 了， Java 大法好，除了虛擬機的方法之外，還有一種方法能夠提供不依賴於特定硬件和操作系統的程序運行環境，那就是 Java。

大家說的 Java 其實有兩層意思，一種是作為編程語言的 Java；一種是作為程序運行環境的 Java。Java 與其他語言相同，都是通過源代碼編譯后運行的。不過，編譯後生成的不是特定 CPU 使用的本地代碼，而是名為字節代碼 的程序。直接代碼的運行環境就稱為 Java 虛擬機(Java Virtual Machine)。Java 虛擬機是一邊把 Java 字節代碼逐一轉換為本地代碼一邊在運行着。

程序運行時，將編譯后的字節代碼轉換為本地代碼，這樣的操作看上去有些迂迴，但由此可以實現相同的字節碼可以在不同的操作系統環境下運行。

想象一下，你開發完成的應用部署到 Linux 環境下，是不是什麼都不用管？

Windows 有專門的 Windows 虛擬機，Macintosh 有 Macintosh 專門的虛擬機。從操作系統來看，Java虛擬機就是一個應用，從運行環境上來看，Java 虛擬機就是運行環境。

BIOS 和引導

最後對一些比較基礎的部分做一些補充說明。程序的運行環境，存在着名為 BIOS(Basic Input/Output System)的系統。BIOS 存儲在 ROM 中，是預先內置在計算機主機內部的程序。BIOS 除了鍵盤、磁盤和顯卡等基本控制外，還有引導程序的功能。引導程序是存儲在啟動驅動器啟示區域的小程序。操作系統的啟動驅動器一般硬盤。不過有時也可能是 CD-ROM 或軟盤。

電腦開機后，BIOS 會確認硬件是否正常運行，沒有異常的話會直接啟動引導程序。引導程序的功能是把在硬盤等記錄的 OS 加載到內存中運行。雖然啟動應用是 OS 的功能，但 OS 不能啟動自己，是通過引導程序來啟動的。

文章參考：

《程序是怎樣跑起來的》第七章

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　　為了測試MapReduce提交的詳細流程。需要在提交這一步打上斷點：

 　　F7進入方法：

 　　進入submit方法：

 　　注意這個connect方法，它在連接誰呢？我們知道，Driver是作為客戶端存在的，那麼客戶端連接的應該就是Yarn集群，但是在這個簡單的WordCount案例中，並沒有將任務提交到Yarn集群，而是在本機中執行的。所以先假設這裏連接的自然就是本機。

進入這個connect方法，然後在裏面的Cluster（集群的意思）方法上打上斷點：

 

 很明顯，這是一個構造器，他把集群抽象成了一個對象。進入此方法：

 初始化了一個客戶端協議，進入這個create方法，看看他是如何初始化客戶端協議的：

 　　注意這個mapreduce.framework.name，他就是mapred-site.xml文件中的mapreduce.framework.name項的值，由於我並沒有提交到集群上，而是在本機，所以他會加載本機的mapred-site.xml文件，但是我本機下的該文件並沒有像集群上那樣配置了mapred-site.xml文件，只有一份mapred-site.xml.template文件，更沒有mapreduce.framework.name這一項，所以上面代碼中的值就默認為local了。

　　本機上的配置：

 集群上的配置：

create方法最終反回了一個LocalJobRunner對象，如果上面的值是yarn，返回的則是YarnJobRunner。繼續往下：

 　　會發現這個LocalJobRunner就是客戶端。然後一直往下，直到完成connect方法，會發現整個過程中在connect方法中創建了一個Cluster對象，然後在Cluster對象裏面獲取到了客戶端。

　　緊接着，由於connect方法初始化了cluster對象，所以接下來創建了submitter對象，用於提交任務。進入submitJobInternal方法打上斷點

 

這個checkSpecs方法就是用來檢查路徑的，當輸入路徑不存在或輸出路徑已存在時會報錯。進入此方法后再進入內部方法就一目瞭然了：

 

繼續往下執行，完成checkSpecs方法后完初始化一個路徑：

打開此路徑，此時還是空的文件夾：

繼續往下，隨後做了一些獲取IP和往配置文件中設置IP和hostname的操作：

 繼續往下，隨後又在上面的路徑下隨機創建了一個目錄：

繼續往下，見到copyAndConfigureFiles時，進入此方法，然後在進入內部方法uploadFiles()：

在uploadFiles方法中有，執行后的效果：

 

 

 

 

 這個文件夾暫時不知道幹嘛的，只知道copyAndConfigureFiles方法創建了這個路徑。此方法執行完后，執行到writeSplits進入此方法：

 這個方法是重點：切片是怎麼切的呢？

 maps是int型，這表示這啟動的maptask的數量也該和切片的數量保持一致。而具體切成多少片呢？

上面的方法多態調用到子類的方法writeNewSplits，然後調用getSplits方法：

getSplits方法中有這樣一段：

 　　也就是說：當剩餘長度比切片尺寸大於1.1時，就會產生新的切片，比如說文件65m，splitSize為32m，第一片切到32m，剩餘33m，由於33/32<1.1，所以就不再切片，65m被切成兩片，0~32、32~65，而不是0~32 、 32~64 、 64~65三片。

 　　當執行完writeSplits方法后，會在上面創建的目錄下生成幾個文件：

 上面生成的文件中保存了“切片的規劃信息”。繼續往下，當執行到writeConf方法后，會繼續在上面的目錄下生成與此Job相關的配置文件：

 

 　　繼續執行，當執行完submitJob方法后，job本身（即WordCount程序本身會被打成jar包被提交）就被提交了：

　　但是由於我是直接在本地執行的，直接從main方法進來執行的，沒必要再打成jar包再從main方法進入，所以並不用提交，但是如果是是在yarn 上執行的時候，會把程序打成jar包放在上面的目錄下。

 　　當任務執行完畢后，上面的目錄會被清空：

 　　至此，整個任務的提交執行完成，試想一下，如果這個任務在Yarn上執行是什麼樣子呢？基本的邏輯不會變：

　　首先，還是執行connect方法，初始化到Cluster對象，然後創建JobRunner，不過在Yarn上執行的JobRunner就不是LocalJobRunner了，而是YarnJobRunner。執行完connect方法後會在HDFS文件系統創建一個路徑，其作用與上面創建的路徑相同，用於保存切片方案信息和配置文件信息，同時會將任務本身的jar包放入其中，最後任務執行完，這些內容又將被銷毀。

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汽柴油車開在路上，產生氮氧化物、未燃燒完全的碳氫化合物、一氧化碳，以及如今相當受重視的 PM2.5 微粒等等空氣污染，如今在全球減碳風潮下，產生的二氧化碳也遭嚴格檢視，尤其在大量能源已經來自可再生能源的數個歐洲國家，汽車排放成為減碳的最大目標之一，荷蘭執政聯盟中的工黨（Partij van de Arbeid，PvdA），提案要求 2025 年禁止所有汽柴油車，而此動議已經提交眾議院。   在這項動議中，至 2025 年荷蘭將禁用所有燃油車輛，不只是全汽柴油車，連同油電混合車也將禁止，也就是說只剩下車輛本身完全無二氧化碳的純電動車與燃料電池車。除此之外，動議還針對減輕荷蘭的交通阻塞狀況，而要求政府積極推動自動駕駛車輛。   在以燃煤為電力大宗來源的國家中，發展純電動車對減碳並不具效益，因為電動車的電力仍然來自燃煤發電，仍然是間接產生大量二氧化碳，但若是電力已經以可再生能源為主，那麼發展電動車可望減少交通方面的二氧化碳排放量。而氫燃料電池車輛是否減碳，則視氫來源而定，許多工業如石化、造紙等產業可回收產製大量氫，而氫也可以是生質能源，如許多技術能從有機廢棄物或排泄物中製氫，從這些方式得到的氫不僅成本較低，也確實能減少總碳排放量，但若以電力製氫，則也是要看電力來源為何。   以荷蘭來說，其實電力主要仍然來自火力發電，以 2015 年 9 月而言，燃煤發電佔總用電量約 49%，燃氣發電約 31%，而全數可再生能源含風力、太陽能、生質能為 9.7%，雖然較 2014 年的 7.2% 有所提升，但比率仍低，核能則為 3.9 %，此外進口電力 2.9%，大多是來自挪威的水力發電。因此，荷蘭目前若推動全電動車與燃料電池車輛，對減碳的實質助益並不大，須配合電力來源也同時全力轉換為可再生能源。   荷蘭執政聯盟中的另一大黨自由民主人民黨（Volkspartij voor Vrijheid en Democratie，VVD）就對此提案表達反對，表示完全禁止燃油車輛「野心太大、不切實際」，該黨經濟部長認為電動車市佔率最好是 15%，超過這個比率，電力管理可能會有問題，工黨的部分議員也抱怨「看報紙才知道」此項提案。不過，工黨提案議員則反駁批評，表示這項提案是讓人民思考未來如何擺脫汽車排氣管的排放污染的面向之一，一瞥國家未來無限可能的發展想像。   這項提案最終實際通過成為法案的可能性很低，不過出現這樣的提案也顯示，類似想法雖然暫時仍「不切實際」，卻已經有許多人開始考慮，未來在各國電力系統持續現代化，提升可再生能源比率，各種電網技術進步將強化電網調度能力，日後再出現類似提案，實際通過機率將逐漸提升，而汽柴油車到時就得真的開始緊張了。   （本文內容由授權使用；首圖來源：）

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