• Q1 (Why): 为什么使用Linux？

• Q2 (What): "彻底"有多彻底？

• Q3 (How): 如何将"彻底"进行到底？

拯救程序员无数次的自动化工具

• Type safety check
• -Wall -Werror
• Differential testing
• Model checker
• TLA+ by Leslie Lamport;
• Java PathFinder (JFP) 和 SPIN

• 打印项目构建过程

make -n -j$(nproc) > make_log

• make it human friendly

%!grep -ve '^\(\#\|echo\|mkdir\|make\)' # 过滤掉无用信息
%s/ /\r /g                              # 将空格替换为换行符
%!grep -vE '^ -[^co].*$'                # 删除模式为所有"^ *$"的行删除掉，保留"^ [co]$"
%s/\v( \n){3,}//g                       # 删除模式为至少出现三次“空格后跟换行符”的行

最小化的linux

$ tree minimal-linux
.
├── initramfs
│   ├── bin
│   │   └── busybox
│   └── init
├── Makefile
└── vmlinuz

Some packages could not be installed. This may mean that you have
requested an impossible situation or if you are using the unstable
distribution that some required packages have not yet been created
or been moved out of Incoming.
The following information may help to resolve the situation:

The following packages have unmet dependencies:
 package1 : Depends: package2 (>= 1.8) but 1.7.5-1ubuntu1 is to be installed
E: Unable to correct problems, you have held broken packages.

Core advantage

• 只需NixOS的配置文件， 就能恢复出完全相同的软件环境

• NixOS不直接管理数据，但其可以很好的管理数据同步软件

other

• obs
• QQ
• LOL
  • 淦，打一把英雄联盟不可能这么难

基于文本替换的快速工作流搭建

• 重定向: cmd > file < file 2> /dev/null
• 顺序结构: cmd1; cmd2, cmd1 && cmd2, cmd1 || cmd2
• 管道: cmd1 | cmd2
• 预处理: $(), <()
• 变量/环境变量、控制流……

有什么好处? 这些在GUI下点点鼠标也能做

有些简单的事GUI反而做不好

• CLI下的解决方案

  • 文本文件的比较: vimdiff file1 file2
  • 非文本文件的比较: diff file1 file2
  • 很大的文件: md5sum file1 file2

• GUI下的解决方案
  • 下载一个计算MD5的GUI工具

一次也省不了多少时间 😕

真相 - 工作效率就是这样一点点降低的

• GUI
  • 暴击文件管理器（or浏览器） 💀

• CLI（演示）
  • one command line

doc

3、CPU主频监视器

watch -t -n 1 "cat /proc/cpuinfo | grep MHz | awk '{print \$1 NR \$3 \$4 \$2}'"

例子: 列出一个C语言项目中所有被包含过的头文件

• 如何用GUI实现?

CLI的解决方案:

find . -name "*.[ch]" | xargs cat | grep "^#include" | sort | uniq

体现出的Unix philosophy

• 每个小工具只做一件事, 但做到极致

• 小工具采用文本进行输入输出, 从而易于使用

• 通过小工具之间的组合来解决复杂问题

• 人的按键频率(~4HZ) vs. CPU的工作频率(~4GHZ)

• 手指-计算机的按键墙 <==> 内存-CPU的内存墙

• 标准小工具之间的组合 -> shell编程

• vim -> 命令编程(dd->删除1行, 10dd->删除10行)

• grep/awk/sed -> 正则表达式编程

Unix is user-friendly

Unix is user-friendly -- it's just choosy about who its friends are.

• 如何提升写代码的效率?

• 如何提升编译的效率?

• 如何提升调试的效率?

vimum

• 平滑切换vim

• 标签页快速跳转

• 进入任一链接只需敲三下

更现代的CLI工具

• ripgrep
  • 部分场景比grep快接近一个数量级
  • 自动忽略.gitignore和.ignore中指定的文件

• tldr
  • 快速查阅工具使用方法

• ranger
  • 彻底摆脱GUI文件管理器

• fzf（瑞士军刀）
  • 极速
  • 完美体现Unix philosophy

• 编译缓存：ccache

bear -- make -j$(nproc)

without ccache                                     2:14.76 total
with ccache first time                             2:42.42 total
make clean && with ccache second time               40.062 total

学习成本：30s(STFW: improving build speed on Linux) + 30s(RTFM: configure ccache)

• 分布式编译：icecream

可以更快吗？（STFW: make linker faster）

with mold                            1.433 total

10s -> 1s的提升, 意义真的大吗？

• 等1s, 基本上可以持续工作

• 等10s, 你就开始想别的了

• 等30s, 你大概率去摸手机了
  • 摸一下5min就过去了

工具的另一个作用: 保持注意力集中

扩大可持续工作时间的比例

• prerequisite
  • STFW: 工具的演进过程中隐藏了很多有用信息，如gdb是GNU readline工具
  • RTFM: gdb提供了完备的编程接口

• configure
  • readline: 默认的配置文件$HOME/.inputrc

# gdb 窗口切换快捷键
$if gdb
"\C-j":"focus next\r"
"\C-k":"focus prev\r"
$endif

# 按下CTRL-O，在光标后面添加 "> output.txt"
Control-o: "> output.txt"

打开黑盒的方法

• 看源码(source): 可以得知每一处静态细节, 但较繁琐

• 看踪迹(trace): 可以了解运行动态行为, 但不全面
  • 不过却容易理解!

例1："ls"命令是如何被找到的

strace -f bash -c "ls" 2>&1 | nvim - # -f 跟踪子进程

例2：用户如何与man交互

strace -o strace.log -f man ls       # -o 将跟踪结果重定向到指定文件中
tail -f strace.log                   # 持续输出追加的数据

#include "perf.hpp"

// ...
    perf_[stat|record]("/path/to/output",[&]() {
        // code needed be profiled
    });
// ...

• 现代编译器和处理器都是让并行执行窗口尽可能更大，阻塞尽可能小，编译器的静态分析和动态分析都是如此

• 通过和编译器交互来扣cycle：
  • 静态分析：指令调度、寄存器分配、窥孔优化 ❎
  • 动态分析：如需要cost model的自动向量化/并行化 ✅

• 1) The execution performance of elf with debug info is not worse than elf stripped debug info

# diff sections_with_debug secitons_without_debug

<  27 .debug_aranges 00000030  0000000000000000  0000000000000000  0000303b  2**0
<                   CONTENTS, READONLY, DEBUGGING, OCTETS
<  28 .debug_info   0000031b  0000000000000000  0000000000000000  0000306b  2**0
<                   CONTENTS, READONLY, DEBUGGING, OCTETS
<  29 .debug_abbrev 000000e2  0000000000000000  0000000000000000  00003386  2**0
<                   CONTENTS, READONLY, DEBUGGING, OCTETS
<  30 .debug_line   00000113  0000000000000000  0000000000000000  00003468  2**0
<                   CONTENTS, READONLY, DEBUGGING, OCTETS
<  31 .debug_str    00000292  0000000000000000  0000000000000000  0000357b  2**0
<                   CONTENTS, READONLY, DEBUGGING, OCTETS

-> 找出打印调用栈的函数：backtrace_symbols

-> glibc没有调试信息，不能跟踪 😒

-> 编译glibc，跟踪backtrace_symbols

-> 只在.dynsym section中寻找Bind类型为GLOBAL和WEAK的符号

-> 加载.symtab section，找到pdb中大量Bind类型为LOCAL的static函数的符号

/* include/linux/signal.h */

// 1: coredump
#define SIG_KERNEL_ONLY_MASK (\
    rt_sigmask(SIGKILL)   |  rt_sigmask(SIGSTOP))

#define SIG_KERNEL_COREDUMP_MASK (\
        rt_sigmask(SIGQUIT)   |  rt_sigmask(SIGILL)    | \
        ...)

// 2: handler
    /* Invert the set of allowed signals to get those we want to block. */
    sigdelsetmask(&mask, sigmask(SIGKILL) | sigmask(SIGSTOP));

学习成本

• 编译：内置脚本script/gen_compile_commands.py生成符号索引

• 运行：elf <-- kernel <-- qemu <-- gdb

• debug：gdb[ + printk]

#include <iostream>

int main()
{
    while (1) ;
}

void mayreachable()
{
    std::cout << "Hello world!" << std::endl;
}

尝试解开“黑魔法”

• "while (1);" is an "undefined behavior" in C++ standard

• STFW: how llvm deal with undefined behavior

• clang（version 14及以上）默认会将UB替换为一个UB marker，不会生成任何指令，包括ret指令

验证：添加编译选项"-trap-unreachable" 😀

• 工具是第一生产力（使用工具 = 编程）

• Prerequisite of being a power user: STFW/RTFM