※ [本文转录自 Gossiping 看板 #1UeX4k_6 ] 作者: jserv (松鼠) 看板: Gossiping 标题: Re: [问卦] 精通数位逻辑对Coding有什麽帮助？ 时间: Fri Apr 24 06:05:27 2020 ※ 引述《HankYang (密探X)》之铭言： : 饿死抬头 : 不是说二进位、布林代数、逻辑闸等等那些超超超超基础的东东 : 那些东东其他科目也会教 : 而是指正反器、循序逻辑电路、状态机等等鬼东西 : 那些对Coding有什麽帮助呀嘻嘻嘻 : 有没有八卦？ 外头雨势好大，趁着等着雨势减小才能吃早餐的空挡，尝试简单回覆。先讲结论，网页 伺服器背後的运作，跟数位逻辑有关，而且原始程式码里头就写了 (!) 原提问的推文下方，skaterboy13 提到: 「在这边问这个做啥? 一堆装懂的人 什麽都会说很基本」 的确，人人都可说「很基本」，但这样的「基本」到底体现在何处呢？应是原发问者所 在意。我教计算机结构 [1]，会对着学员说，数位逻辑很「基本」，毕竟现行的电脑即是 架构在一系列的组合逻辑电路之上。可是对於通用的程式设计有何帮助呢？特别是原发问 者所提的正反器 (Flip-flop, FF)、序向逻辑电路 (sequential logic circuit)，及 状态机等等「鬼东西」。或许这样的质疑在不少人心里都有，尤其抱持着「开发伟大的 程式」心态到了资讯工程系就读的同学，发现电子电路、数位逻辑、微处理器等课程都是 必修，不免感叹「踩到地雷」了。 「如果我们一定非要那鬼量子跃迁不可，那我後悔参与量子理论。」 -- 在爱因斯坦 等人发表题为「量子力学能完整地解释实在性吗？」的论文、反驳量子世界观之後， 薛丁格提出「薛丁格的猫」(Schrodinger's cat) 的论文。 倘若量子力学是原子中的幽灵，那麽数位逻辑就是程式设计里头的幽灵 -- 是否能窥见、 是否「基本」，又能否给予你启发，完全取决於你对於微观世界的态度。 且让我跳到开发高效率的网页伺服器 (web server, 也称 HTTP server 或 HTTP daemon, 後者的 "daemon" 原为恶魔之意，在 UNIX 的世界中引申爲常驻程式) 开发工作来讨论， 再细谈和数位逻辑的关联。网页伺服器这应该就符合原发问者对於程式设计的「程式」 标的物吧？但你有没有想过，当你阅读 NGINX [2] 一类高效率网页伺服器的原始程式码 时，会看到 Level-triggered 和 edge-triggered 等术语 -- 後两者就是数位逻辑里头 正反器的术语，不是巧合，就是同个意思。 一时之间很难接受吧？以下摘录自 NGINX Development guide [3]: > All such events operate in Edge-Triggered mode, meaning that they only > trigger notifications when the state of the socket changes. For example, > doing a partial read on a socket does not make nginx deliver a repeated read > notification until more data arrives on the socket. Even when the underlying > I/O notification mechanism is essentially Level-Triggered (poll, select etc), > nginx converts the notifications to Edge-Triggered. 这里谈及两种工作模式: * Edge Triggered (ET, 边缘触发) _______________________ / (positive-edge trigger ___/ * Level Triggered (LT, 条件触发) ____ (level trigger) | | ____| |____ ET 表示在状态改变时才通知（例如: 在边缘上从低电位到高电位），LT 表示在这个状态 才通知（例如: 只要处於低电位就通知)。对应到上述的 NGINX 的网路通讯处理 (例如 socket)，ET 指一旦有新资料就通知（状态的改变），而 LT 是「只要有新资料」就会 持续通知，直到缓冲区的资料全数取出。 详细的议题可参见 Linux 开发手册关於 epoll [4] 的描述，我们不难发现，尽管网页 伺服器是货真价实的软体，但里头术语和概念的展现，逃脱不了硬体给予隐喻和影响 (implication)，我们学习数位逻辑就可强化对术语的认识，从而能够和世界各地的高手 交流。 开发高效率的网页伺服器免不了探讨 I/O 事件模型，例如 blocking I/O vs. non-blocking I/O 和 synchronous I/O vs. asynchronous I/O，然後仔细观察这些术语 和含义後，不难发现也都可对应到组合逻辑电路的概念，无论时序抑或讯号同步的议题。 再来是状态机 (state machine)。由於在高效能伺服器开发中，我们引入 non-blocking I/O 後，整体程式开发的难度陡然上升，遇到到 blocking read 不曾遇到的问题：资料 可能分批送达，於是在通讯协定解析到一半时，read 就回传 -1，所以我们必须将已读到 的资料保存下来，并维护其状态，以表示是否仍需要资料。例如解析 HTTP Request Header 时，读到 GET /index.html HTT (注意：少一个 P) 就结束，在 blocking I/O 里只要继续 read 就可处理，但在 nonblocking I/O，我们必须维护这个状态，下一次 必须读到欠缺的 P 字元，否则 HTTP 通讯协定会遇上解析错误。为此，我们就需要维护 一套状态机，对！就跟数位逻辑所探讨的是同一个术语。 在「Linux 核心设计」课程 [5] 中，我们展示一个原始程式码不到 C 语言一千行的小 程式，却具备约有 NGINX 一半资料吞吐量的网页伺服器 seHTTPd，恰好就是数位逻辑 概念在真实世界的应用案例，相关资讯可见: https://hackmd.io/@sysprog/fast-web-server 当然，这仅是起点，在课程中，我要求学员针对 Linux 系统特性和思索 web 情境去 探索更多更深刻的改进空间，而这一切，最佳化来自对系统的充分认知。引用罗辑思维 第 85 集: 费马大定理 [6] 的结语: 「我们当中的绝大多数人，花了人生的十二年时光，六年小学，六年中学，被数学 摧残，我们只知道数学是敲开大学校门的一个敲门砖，自打上了大学之後，这个 东西就被我们当做人生当中最痛苦的经验，被删除了。」 「人类知识领域智力领域的任何丰碑，从来都不是用强烈的目的性建造出来的，它的 每一块砖，每一块瓦，都是由兴趣堆积出来的，兴趣不仅导致了最後的成功，而且 点亮了其中的每一块砖，每一块瓦，每一个人的生命。」 在资讯工程 (或说电脑科学) 课程中，充斥着大量数学和电子硬体课程，其实就是上面 所提到的一砖一瓦，堆积着今日我们所见的数位世界的风情万种。倘若我们一开始就戴着 有色眼镜去驳斥这些科目的学习，是否限制了自已可能的宽敞发展呢？ 喔，我又来打广告，欢迎关注「Linux 核心设计」[5] 和 "Computer Architecture" [1] 这两门课程，都有完整的线上教材可参考，也有练习题可让学员随时检测自己所学。 [1] Computer Architecture http://wiki.csie.ncku.edu.tw/arch/schedule [2] NGINX: https://nginx.org/ 根据 W3Techs 的统计资料，世界上最繁忙的网站前一万名里头 57% 采用 NGINX [3] NGINX Development guide https://nginx.org/en/docs/dev/development_guide.html [4] epoll - I/O event notification facility http://man7.org/linux/man-pages/man7/epoll.7.html [5] Linux 核心设计课程 http://wiki.csie.ncku.edu.tw/linux/schedule [6] 罗辑思维 85 集: 费马大定理 影片: https://youtu.be/bHexlr4b_j8 --

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