從觸屏到 CPU

首先是「輸入 URL」，大部分人的第一反應(yīng)會是鍵盤，不過為了與時俱進(jìn)，這里將介紹觸摸屏設(shè)備的交互。
觸摸屏一種傳感器，目前大多是基于電容(Capacitive)來實(shí)現(xiàn)的，以前都是直接覆蓋在顯示屏上的，不過最近出現(xiàn)了 3 種嵌入到顯示屏中的技術(shù)，第一種是 iPhone 5 的 In-cell，它能減小了 0.5 毫米的厚度，第二種是三星使用的 On-cell 技術(shù)，第三種是國內(nèi)廠商喜歡用的 OGS 全貼合技術(shù)，具體細(xì)節(jié)可以閱讀這篇文章。
當(dāng)手指在這個傳感器上觸摸時，有些電子會傳遞到手上，從而導(dǎo)致該區(qū)域的電壓變化，觸摸屏控制器芯片根據(jù)這個變化就能計(jì)算出所觸摸的位置，然后通過總線接口將信號傳到 CPU 的引腳上。
以 Nexus 5 為例，它所使用的觸屏控制器是 Synaptics S3350B，總線接口為 I2C，以下是 Synaptics 觸摸屏和處理器連接的示例：

左邊是處理器，右邊是觸摸屏控制器，中間的 SDA 和 SCL 連線就是 I2C 總線接口。CPU 內(nèi)部的處理
移動設(shè)備中的 CPU 并不是一個單獨(dú)的芯片，而是和 GPU 等芯片集成在一起，被稱為 SoC（片上系統(tǒng)）。

另外其實(shí)我也是剛開始學(xué)習(xí) CPU 芯片的實(shí)現(xiàn)，所以就不在這誤人子弟了，感興趣的讀者請閱讀本節(jié)后面推薦的書籍。

從 CPU 到操作系統(tǒng)內(nèi)核

前面說到觸屏控制器將電氣信號發(fā)送到 CPU 對應(yīng)的引腳上，接著就會觸發(fā) CPU 的中斷機(jī)制，以 Linux 為例，每個外部設(shè)備都有一標(biāo)識符，稱為中斷請求(IRQ)號，可以通過 /proc/interrupts 文件來查看系統(tǒng)中所有設(shè)備的中斷請求號，以下是 Nexus 7 (2013) 的部分結(jié)果：
shell@flo:/ $ cat /proc/interrupts CPU0 17: 0 GIC dg_timer 294: 1973609 msmgpio elan-ktf3k 314: 679 msmgpio KEY_POWER

因?yàn)?Nexus 7 使用了 ELAN 的觸屏控制器，所以結(jié)果中的 elan-ktf3k 就是觸屏的中斷請求信息，其中 294 是中斷號，1973609 是觸發(fā)的次數(shù)（手指單擊時會產(chǎn)生兩次中斷，但滑動時會產(chǎn)生上百次中斷）。
為了簡化這里不考慮優(yōu)先級問題，以 ARMv7 架構(gòu)的處理器為例，當(dāng)中斷發(fā)生時，CPU 會停下當(dāng)前運(yùn)行的程序，保存當(dāng)前執(zhí)行狀態(tài)（如 PC 值），進(jìn)入 IRQ 狀態(tài)），然后跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)的中斷處理程序執(zhí)行，這個程序一般由第三方內(nèi)核驅(qū)動來實(shí)現(xiàn).
這個驅(qū)動程序?qū)⒆x取 I2C 總線中傳來的位置數(shù)據(jù)，然后通過內(nèi)核的 input_report_abs 等方法記錄觸屏按下坐標(biāo)等信息，最后由內(nèi)核中的 input 子模塊將這些信息都寫進(jìn) /dev/input/event0
這個設(shè)備文件中.

從操作系統(tǒng) GUI 到瀏覽器

前面提到 Linux 內(nèi)核已經(jīng)完成了對硬件的抽象，其它程序只需要通過監(jiān)聽 /dev/input/event0 文件的變化就能知道用戶進(jìn)行了哪些觸摸操作，不過如果每個程序都這么做實(shí)在太麻煩了，所以在圖像操作系統(tǒng)中都會包含 GUI 框架來方便應(yīng)用程序開發(fā)，比如 Linux 下著名的 X。
但 Android 并沒有使用 X，而是自己實(shí)現(xiàn)了一套 GUI 框架，其中有個 EventHub 的服務(wù)會通過 epoll 方式監(jiān)聽 /dev/input/ 目錄下的文件，然后將這些信息傳遞到 Android 的窗口管理服務(wù)(WindowManagerService)中，它會根據(jù)位置信息來查找相應(yīng)的 app，然后調(diào)用其中的監(jiān)聽函數(shù)（如 onTouch 等）。
就這樣，我們解答了第一個問題，不過由于時間有限，這里省略了很多細(xì)節(jié)，想進(jìn)一步學(xué)習(xí)的讀者推薦閱讀以下書籍。擴(kuò)展學(xué)習(xí)
《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)：量化研究方法》《計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)：硬件/軟件接口》《編碼》《CPU自制入門》《操作系統(tǒng)概念》《ARMv7-AR 體系結(jié)構(gòu)參考手冊》《Linux內(nèi)核設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》《精通Linux設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)》

瀏覽器如何向網(wǎng)卡發(fā)送數(shù)據(jù)？

從瀏覽器到瀏覽器內(nèi)核
前面提到操作系統(tǒng) GUI 將輸入事件傳遞到了瀏覽器中，在這過程中，瀏覽器可能會做一些預(yù)處理，比如 Chrome 會根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)來預(yù)估所輸入字符對應(yīng)的網(wǎng)站，比如輸入了「ba」，根據(jù)之前的歷史發(fā)現(xiàn) 90% 的概率會訪問「www.baidu.com 」，因此就會在輸入回車前就馬上開始建立 TCP 鏈接甚至渲染了，這里面還有很多其它策略，感興趣的讀者推薦閱讀 High Performance Networking in Chrome。
接著是輸入 URL 后的「回車」，這時瀏覽器會對 URL 進(jìn)行檢查，首先判斷協(xié)議，如果是 http 就按照 Web 來處理，另外還會對這個 URL 進(jìn)行安全檢查，然后直接調(diào)用瀏覽器內(nèi)核中的對應(yīng)方法，比如 WebView 中的 loadUrl 方法。
在瀏覽器內(nèi)核中會先查看緩存，然后設(shè)置 UA 等 HTTP 信息，接著調(diào)用不同平臺下網(wǎng)絡(luò)請求的方法。
需要注意瀏覽器和瀏覽器內(nèi)核是不同的概念，瀏覽器指的是 Chrome、Firefox，而瀏覽器內(nèi)核則是Blink、Gecko，瀏覽器內(nèi)核只負(fù)責(zé)渲染，GUI 及網(wǎng)絡(luò)連接等跨平臺工作則是瀏覽器實(shí)現(xiàn)的

HTTP 請求的發(fā)送

因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的底層實(shí)現(xiàn)是和內(nèi)核相關(guān)的，所以這一部分需要針對不同平臺進(jìn)行處理，從應(yīng)用層角度看主要做兩件事情：通過 DNS 查詢 IP、通過 Socket 發(fā)送數(shù)據(jù)，接下來就分別介紹這兩方面的內(nèi)容。
DNS 查詢
應(yīng)用程序可以直接調(diào)用 Libc 提供的 getaddrinfo() 方法來實(shí)現(xiàn) DNS 查詢。DNS 查詢其實(shí)是基于 UDP 來實(shí)現(xiàn)的，這里我們通過一個具體例子來了解它的查找過程，以下是使用 dig +trace fex.baidu.com
命令得到的結(jié)果（省略了一些）：
; <<>> DiG 9.8.3-P1 <<>> +trace fex.baidu.com;; global options: +cmd. 11157 IN NS g.root-servers.net.. 11157 IN NS i.root-servers.net.. 11157 IN NS j.root-servers.net.. 11157 IN NS a.root-servers.net.. 11157 IN NS l.root-servers.net.;; Received 228 bytes from 8.8.8.8#53(8.8.8.8) in 220 mscom. 172800 IN NS a.gtld-servers.net.com. 172800 IN NS c.gtld-servers.net.com. 172800 IN NS m.gtld-servers.net.com. 172800 IN NS h.gtld-servers.net.com. 172800 IN NS e.gtld-servers.net.;; Received 503 bytes from 192.36.148.17#53(192.36.148.17) in 185 msbaidu.com. 172800 IN NS dns.baidu.com.baidu.com. 172800 IN NS ns2.baidu.com.baidu.com. 172800 IN NS ns3.baidu.com.baidu.com. 172800 IN NS ns4.baidu.com.baidu.com. 172800 IN NS ns7.baidu.com.;; Received 201 bytes from 192.48.79.30#53(192.48.79.30) in 1237 msfex.baidu.com. 7200 IN CNAME fexteam.duapp.com.fexteam.duapp.com. 300 IN CNAME duapp.n.shifen.com.n.shifen.com. 86400 IN NS ns1.n.shifen.com.n.shifen.com. 86400 IN NS ns4.n.shifen.com.n.shifen.com. 86400 IN NS ns2.n.shifen.com.n.shifen.com. 86400 IN NS ns5.n.shifen.com.n.shifen.com. 86400 IN NS ns3.n.shifen.com.;; Received 258 bytes from 61.135.165.235#53(61.135.165.235) in 2 ms

可以看到這是一個逐步縮小范圍的查找過程，首先由本機(jī)所設(shè)置的 DNS 服務(wù)器(8.8.8.8)向 DNS 根節(jié)點(diǎn)查詢負(fù)責(zé) .com 區(qū)域的域務(wù)器，然后通過其中一個負(fù)責(zé) .com 的服務(wù)器查詢負(fù)責(zé) baidu.com 的服務(wù)器，最后由其中一個 baidu.com 的域名服務(wù)器查詢 fex.baidu.com 域名的地址。
可能你在查詢某些域名的時會發(fā)現(xiàn)和上面不一樣，最底將看到有個奇怪的服務(wù)器搶先返回結(jié)果。。。
這里為了方便描述，忽略了很多不同的情況，比如 127.0.0.1 其實(shí)走的是 loopback，和網(wǎng)卡設(shè)備沒關(guān)系；比如 Chrome 會在瀏覽器啟動的時預(yù)先查詢 10 個你有可能訪問的域名；還有 Hosts 文件、緩存時間 TTL(Time to live)的影響等。

通過 Socket 發(fā)送數(shù)據(jù)

有了 IP 地址，就可以通過 Socket API 來發(fā)送數(shù)據(jù)了，這時可以選擇 TCP 或 UDP 協(xié)議，具體使用方法這里就不介紹了，推薦閱讀 Beej's Guide to Network Programming。
HTTP 常用的是 TCP 協(xié)議，由于 TCP 協(xié)議的具體細(xì)節(jié)到處都能看到，所以本文就不介紹了，這里談一下 TCP 的 Head-of-line blocking 問題：假設(shè)客戶端的發(fā)送了 3 個 TCP 片段(segments)，編號分別是 1、2、3，如果編號為 1 的包傳輸時丟了，即便編號 2 和 3 已經(jīng)到達(dá)也只能等待，因?yàn)?TCP 協(xié)議需要保證順序，這個問題在 HTTP pipelining 下更嚴(yán)重，因?yàn)?HTTP pipelining 可以讓多個 HTTP 請求通過一個 TCP 發(fā)送，比如發(fā)送兩張圖片，可能第二張圖片的數(shù)據(jù)已經(jīng)全收到了，但還得等第一張圖片的數(shù)據(jù)傳到。
為了解決 TCP 協(xié)議的性能問題，Chrome 團(tuán)隊(duì)去年提出了 QUIC 協(xié)議，它是基于 UDP 實(shí)現(xiàn)的可靠傳輸，比起 TCP，它能減少很多來回(round trip)時間，還有前向糾錯碼(Forward Error Correction)等功能。目前 Google Plus、 Gmail、Google Search、blogspot、Youtube 等幾乎大部分 Google 產(chǎn)品都在使用 QUIC，可以通過 chrome://net-internals/#spdy 頁面來發(fā)現(xiàn)。
雖然目前除了 Google 還沒人用 QUIC，但我覺得挺有前景的，因?yàn)閮?yōu)化 TCP 需要升級系統(tǒng)內(nèi)核（比如 Fast Open）。
瀏覽器對同一個域名有連接數(shù)限制，大部分是 6，我以前認(rèn)為將這個連接數(shù)改大后會提升性能，但實(shí)際上并不是這樣的，Chrome團(tuán)隊(duì)有做過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)從 6 改成 10 后性能反而下降了，造成這個現(xiàn)象的因素有很多，如建立連接的開銷、擁塞控制等問題，而像SPDY、HTTP 2.0 協(xié)議盡管只使用一個 TCP 連接來傳輸數(shù)據(jù)，但性能反而更好，而且還能實(shí)現(xiàn)請求優(yōu)先級。

另外，因?yàn)?HTTP 請求是純文本格式的，所以在 TCP 的數(shù)據(jù)段中可以直接分析 HTTP 的文本，如果發(fā)現(xiàn)。。。

Socket 在內(nèi)核中的實(shí)現(xiàn)

前面說到瀏覽器的跨平臺庫通過調(diào)用 Socket API 來發(fā)送數(shù)據(jù)，那么 Socket API 是如何實(shí)現(xiàn)的呢？
以 Linux 為例，它的實(shí)現(xiàn)在這里 socket.c，目前我還不太了解，推薦讀者看看 Linux kernel map，它標(biāo)注出了關(guān)鍵路徑的函數(shù)，方便學(xué)習(xí)從協(xié)議棧到網(wǎng)卡驅(qū)動的實(shí)現(xiàn)。
底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的具體例子
接下來如果繼續(xù)介紹 IP 協(xié)議和 MAC 協(xié)議可能很多讀者會暈，所以本節(jié)將使用 Wireshark 來通過具體例子講解，以下是我請求百度首頁時抓取到的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)：

具體各個字段的作用這里就不介紹了，感興趣的讀者可以閱讀 RFC 793，并結(jié)合抓包分析來理解。

因?yàn)?IP 協(xié)議中可以查看到目標(biāo) IP 地址，所以如果發(fā)現(xiàn)某些特定的 IP 地址，某些路由器就會。。。
但是，光靠 IP 地址是無法進(jìn)行通信的，因?yàn)?IP 地址并不和某臺設(shè)備綁定，比如你的筆記本的 IP 在家中是 192.168.1.1，但到公司就變成 172.22.22.22 了，所以在底層通信時需要使用一個固定的地址，這就是 MAC(media access control) 地址，每個網(wǎng)卡出廠時的 MAC 地址都是固定且唯一的。

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：自頂向下方法與Internet特色》《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》《Web性能權(quán)威指南》

數(shù)據(jù)如何從本機(jī)網(wǎng)卡發(fā)送到服務(wù)器？

從內(nèi)核到網(wǎng)絡(luò)適配器(Network Interface Card)
前面說到調(diào)用 Socket API 后內(nèi)核會對數(shù)據(jù)進(jìn)行底層協(xié)議棧的封裝，接下來啟動 DMA 控制器，它將從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)寫入網(wǎng)卡。
以 Nexus 5 為例，它使用的是博通 BCM4339 芯片通信，接口采用了 SD 卡一樣的 SDIO，但這個芯片的細(xì)節(jié)并沒有公開資料，所以這里就不討論了。
連接 Wi-Fi 路由
Wi-Fi 網(wǎng)卡需要通過 Wi-Fi 路由來與外部通信，原理是基于無線電，通過電流變化來產(chǎn)生無線電，這個過程也叫「調(diào)制」，而反過來無線電可以引起電磁場變化，從而產(chǎn)生電流變化，利用這個原理就能將無線電中的信息解讀出來就叫「解調(diào)」，其中單位時間內(nèi)變化的次數(shù)就稱為頻率，目前在 Wi-Fi 中所采用的頻率分為 2.4 GHz 和 5 GHz 兩種。
在同一個 Wi-Fi 路由下，因?yàn)椴捎玫念l率相同，同時使用時會發(fā)生沖突，為了解決這個問題，Wi-Fi 采用了被稱為 CSMA/CA 的方法，簡單來說就是在傳輸前先確認(rèn)信道是否已被使用，沒有才發(fā)送數(shù)據(jù)。
而同樣基于無線電原理的 2G/3G/LTE 也會遇到類似的問題，但它并沒有采用 Wi-Fi那樣的獨(dú)占方案，而是通過頻分(FDMA)、時分(TDMA)和碼分(CDMA)來進(jìn)行復(fù)用，具體細(xì)節(jié)這里就不展開了。

以小米路由為例，它使用的芯片是 BCM 4709，這個芯片由 ARM Cortex-A9 處理器及流量(Flow)硬件加速組成，使用硬件芯片可以避免經(jīng)過操作系統(tǒng)中斷、上下文切換等操作，從而提升了性能。
路由器中的操作系統(tǒng)可以基于 OpenWrt 或 DD-WRT 來開發(fā)的，具體細(xì)節(jié)我不太了解，所以就不展開了。
因?yàn)閮?nèi)網(wǎng)設(shè)備的 IP 都是類似 192.168.1.x 這樣的內(nèi)網(wǎng)地址，外網(wǎng)無法直接向這個地址發(fā)送數(shù)據(jù)，所以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)在經(jīng)過路由時，路由會修改相關(guān)地址和端口，這個操作稱為 NAT 映射。
最后家庭路由一般會通過雙絞線連接到運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的。
運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的路由
數(shù)據(jù)過雙絞線發(fā)送到運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)后，還會經(jīng)過很多個中間路由轉(zhuǎn)發(fā)，讀者可以通過 traceroute 命令或者在線可視化工具來查看這些路由的 ip 和位置。
當(dāng)數(shù)據(jù)傳遞到這些路由器后，路由器會取出包中目的地址的前綴，通過內(nèi)部的轉(zhuǎn)發(fā)表查找對應(yīng)的輸出鏈路，而這個轉(zhuǎn)發(fā)表是如何得到的呢？這就是路由器中最重要的選路算法了，可選的有很多，我對這方面并不太了解，看起來維基百科上的詞條列得很全。
主干網(wǎng)間的傳輸
對于長線的數(shù)據(jù)傳輸，通常使用光纖作為介質(zhì)，光纖是基于光的全反射來實(shí)現(xiàn)的，使用光纖需要專門的發(fā)射器通過電致發(fā)光（比如 LED）將電信號轉(zhuǎn)成光，比起前面介紹的無線電和雙絞線，光纖信號的抗干擾性要強(qiáng)得多，而且能耗也小很多。
既然是基于光來傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸速度也就取決于光的速度，在真空中的光速接近于 30 萬千米/秒，由于光纖包層(cladding)中的折射率(refractive index)為 1.52，所以實(shí)際光速是 20 萬千米/秒左右，從首都機(jī)場飛往廣州白云機(jī)場的距離是 1967 千米，按照這個距離來算需要花費(fèi) 10 毫秒才能抵達(dá)。這意味著如果你在北京，服務(wù)器在廣州，等你發(fā)出數(shù)據(jù)到服務(wù)器返回?cái)?shù)據(jù)至少得等 20 毫秒，實(shí)際情況預(yù)計(jì)是 2- 3 倍，因?yàn)檫@其中還有各個節(jié)點(diǎn)路由處理的耗時，比如我測試了一個廣州的 IP 發(fā)現(xiàn)平均延遲為 60 毫秒。
這個延遲是現(xiàn)有科技無法解決的（除非找到超過光速的方法），只能通過 CDN 來讓傳輸距離變短，或盡量減少串行的來回請求（比如 TCP 建立連接所需的 3 次握手）。
IDC 內(nèi)網(wǎng)
數(shù)據(jù)通過光纖最終會來到服務(wù)器所在的 IDC 機(jī)房，進(jìn)入 IDC 內(nèi)網(wǎng)，這時可以先通過分光器將流量鏡像一份出來方便進(jìn)行安全檢查等分析，還能用來進(jìn)行。。。
這里的帶寬成本很高，是按照峰值來結(jié)算的，以每月每 Gbps（注意這里指的是 bit，而不是Byte）為單位，北京這邊價(jià)格在十萬人民幣以上，一般網(wǎng)站使用 1G 到 10G 不等。

上圖左邊是正面，右邊是側(cè)面，可以看到頂部為交換機(jī)所留的位置。
以前這些交換機(jī)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)是封閉的，相關(guān)廠商（如思科、Juniper 等）會使用特定的處理器和操作系統(tǒng)，外界難以進(jìn)行靈活控制，甚至有時候需要手工配置，但這幾年隨著 OpenFlow 技術(shù)的流行，也出現(xiàn)了開放交換機(jī)硬件(Open Switch Hardware)，比如 Intel 的網(wǎng)絡(luò)平臺，推薦感興趣的讀者建議看看它的視頻，比文字描述清晰多了。
需要注意的是，一般網(wǎng)絡(luò)書中提到的交換機(jī)都只具備二層（MAC 協(xié)議）的功能，但在 IDC 中的交換器基本上都具備三層（IP協(xié)議）的功能，所以不需要有專門的路由了。

最后，因?yàn)?CPU 處理的是電氣信號，所以光纖中的光線需要先使用相關(guān)設(shè)備通過光電效應(yīng)將光信號轉(zhuǎn)成電信號，然后進(jìn)入服務(wù)器網(wǎng)卡。

服務(wù)器 CPU

前面說到數(shù)據(jù)已經(jīng)到達(dá)服務(wù)器網(wǎng)卡了，接著網(wǎng)卡會將數(shù)據(jù)拷貝到內(nèi)存中（DMA），然后通過中斷來通知 CPU，目前服務(wù)器端的 CPU 基本上都是 Intel Xeon，不過這幾年出現(xiàn)了一些新的架構(gòu)，比如在存儲領(lǐng)域，百度使用 ARM 架構(gòu)來提升存儲密度，因?yàn)?ARM 的功耗比 Xeon 低得多。而在高性能領(lǐng)域，Google 最近在嘗試基于 POWER 架構(gòu)的 CPU 來開發(fā)的服務(wù)器，最新的 POWER8 處理器可以并行執(zhí)行 96 個線程，所以對高并發(fā)的應(yīng)用應(yīng)該很有幫助。
擴(kuò)展學(xué)習(xí)
The Datacenter as a ComputerOpen Computer《軟件定義網(wǎng)絡(luò)》《大話無線通信》

服務(wù)器接收到數(shù)據(jù)后會進(jìn)行哪些處理？
為了避免重復(fù)，這里將不再介紹操作系統(tǒng)，而是直接進(jìn)入后端服務(wù)進(jìn)程，由于這方面有太多技術(shù)選型，所以我只挑幾個常見的公共部分來介紹。
負(fù)載均衡
請求在進(jìn)入到真正的應(yīng)用服務(wù)器前，可能還會先經(jīng)過負(fù)責(zé)負(fù)載均衡的機(jī)器，它的作用是將請求合理地分配到多個服務(wù)器上，同時具備具備防攻擊等功能。
負(fù)載均衡具體實(shí)現(xiàn)有很多種，有直接基于硬件的 F5，有操作系統(tǒng)傳輸層(TCP)上的 LVS，也有在應(yīng)用層(HTTP)實(shí)現(xiàn)的反向代理（也叫七層代理），接下來將介紹 LVS 及反向代理。
負(fù)載均衡的策略也有很多，如果后面的多個服務(wù)器性能均衡，最簡單的方法就是挨個循環(huán)一遍(Round-Robin)，其它策略就不一一介紹了，可以參考 LVS 中的算法。

LVS

LVS 的作用是從對外看來只有一個 IP，而實(shí)際上這個 IP 后面對應(yīng)是多臺機(jī)器，因此也被成為 Virtual IP。
前面提到的 NAT 也是一種 LVS 中的工作模式，除此之外還有 DR 和 TUNNEL，具體細(xì)節(jié)這里就不展開了，它們的缺點(diǎn)是無法跨網(wǎng)段，所以百度自己開發(fā)了 BVS 系統(tǒng)。
反向代理
方向代理是工作在 HTTP 上的，具體實(shí)現(xiàn)可以基于 HAProxy 或 Nginx，因?yàn)榉聪虼砟芾斫?HTTP 協(xié)議，所以能做非常多的事情，比如：
進(jìn)行很多統(tǒng)一處理，比如防攻擊策略、放抓取、SSL、gzip、自動性能優(yōu)化等應(yīng)用層的分流策略都能在這里做，比如對 /xx 路徑的請求分到 a 服務(wù)器，對 /yy 路徑的請求分到 b 服務(wù)器，或者按照 cookie 進(jìn)行小流量測試等緩存，并在后端服務(wù)掛掉的時候顯示友好的 404 頁面監(jiān)控后端服務(wù)是否異常??

Nginx 的代碼寫得非常優(yōu)秀，從中能學(xué)到很多，對高性能服務(wù)端開發(fā)感興趣的讀者一定要看看。

Web Server 中的處理

請求經(jīng)過前面的負(fù)載均衡后，將進(jìn)入到對應(yīng)服務(wù)器上的 Web Server，比如 Apache、Tomcat、Node.JS 等。
以 Apache 為例，在接收到請求后會交給一個獨(dú)立的進(jìn)程來處理，我們可以通過編寫 Apache 擴(kuò)展來處理，但這樣開發(fā)起來太麻煩了，所以一般會調(diào)用 PHP 等腳本語言來進(jìn)行處理，比如在 CGI 下就是將 HTTP 中的參數(shù)放到環(huán)境變量中，然后啟動 PHP 進(jìn)程來執(zhí)行，或者使用 FastCGI 來預(yù)先啟動進(jìn)程。
（等后續(xù)有空再單獨(dú)介紹 Node.JS 中的處理）
進(jìn)入后端語言
前面說到 Web Server 會調(diào)用后端語言進(jìn)程來處理 HTTP 請求（這個說法不完全正確，有很多其它可能），那么接下來就是后端語言的處理了，目前大部分后端語言都是基于虛擬機(jī)的，如 PHP、Java、JavaScript、Python 等，但這個領(lǐng)域的話題非常大，難以講清楚，對 PHP 感興趣的讀者可以閱讀我之前寫的 HHVM 介紹文章，其中提到了很多虛擬機(jī)的基礎(chǔ)知識。

Web 框架(Framework)

如果你的 PHP 只是用來做簡單的個人主頁「Personal Home Page」，倒沒必要使用 Web 框架，但如果隨著代碼的增加會變得越來越難以管理，所以一般網(wǎng)站都會會基于某個 Web 框架來開發(fā)，因此在后端語言執(zhí)行時首先進(jìn)入 Web 框架的代碼，然后由框架再去調(diào)用應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)代碼。
可選的 Web 框架非常多，這里就不一一介紹了。
讀取數(shù)據(jù)
這部分不展開了，從簡單的讀寫文件到數(shù)據(jù)中間層，這里面可選的方案實(shí)在太多。
擴(kuò)展學(xué)習(xí)
《深入理解Nginx》《Python源碼剖析》《深入理解Java虛擬機(jī)》《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)》

服務(wù)器返回?cái)?shù)據(jù)后瀏覽器如何處理？
前面說到服務(wù)端處理完請求后，結(jié)果將通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)回客戶端的瀏覽器，從本節(jié)開始將介紹瀏覽器接收到數(shù)據(jù)后的處理，值得一提的是這方面之前有一篇不錯的文章 How Browsers Work，所以很多內(nèi)容我不想再重復(fù)介紹，因此將重點(diǎn)放在那篇文章所忽略的部分。
從 01 到字符
HTTP 請求返回的 HTML 傳遞到瀏覽器后，如果有 gzip 會先解壓，然后接下來最重要的問題是要知道它的編碼是什么，比如同樣一個「中」字，在 UTF-8 編碼下它的內(nèi)容其實(shí)是「11100100 10111000 10101101」也就是「E4 B8 AD」，而在 GBK 下則是「11010110 11010000」，也就是「D6 D0」，如何才能知道文件的編碼？可以有很多判斷方法：
用戶設(shè)置，在瀏覽器中可以指定頁面編碼HTTP 協(xié)議中<meta> 中的 charset 屬性值對于 JS 和 CSS對于 iframe

如果在這些地方都沒指明，瀏覽器就很難處理，在它看來就是一堆「0」和「1」，比如「中文」，它在 UTF-8 下有 6 個字節(jié)，如果按照 GBK 可以當(dāng)成「涓枃」這 3 個漢字來解釋，瀏覽器怎么知道到底是「中文」還是「涓枃」呢？
不過正常人一眼就能認(rèn)出「涓枃」是錯的，因?yàn)檫@ 3 個字太不常見了，所以有人就想到通過判斷常見字的方法來檢測編碼，典型的比如 Mozilla 的 UniversalCharsetDetection，不過這東東誤判率也很高，所以還是指明編碼的好。
這樣后續(xù)對文本的操作就是基于「字符」(Character)的了，一個漢字就是一個字符，不用再關(guān)心它究竟是 2 個字節(jié)還是 3 個字節(jié)。

JavaScript 的執(zhí)行

（后續(xù)再單獨(dú)介紹，推薦大家看 R 大去年整理的這個帖子，里面有非常多相關(guān)資料，另外我兩年前曾講過 JavaScript 引擎中的性能優(yōu)化，雖然有些內(nèi)容不太正確了，但也可以看看）
從字符到圖片
二維渲染中最復(fù)雜的要數(shù)文字顯示了，雖然想想似乎很簡單，不就是將某個文字對應(yīng)的字形(glyph)找出來么？在中文和英文中這樣做是沒問題的，因?yàn)橐粋€字符就對應(yīng)一個字形(glyph)，在字體文件中找到字形，然后畫上去就可以了，但在阿拉伯語中是不行的，因?yàn)樗杏羞B體形式。
（以后續(xù)再單獨(dú)介紹，這里非常復(fù)雜）
跨平臺 2D 繪制庫
在不同操作系統(tǒng)中都提供了自己的圖形繪制 API，比如 Mac OS X 下的 Quartz，Windows 下的 GDI 以及 Linux 下的 Xlib，但它們相互不兼容，所以為了方便支持跨平臺繪圖，在 Chrome 中使用了 Skia 庫。
（以后再單獨(dú)介紹，Skia 內(nèi)部實(shí)現(xiàn)調(diào)用層級太多，直接講代碼可能不適合初學(xué)者）
GPU 合成
（以后續(xù)再單獨(dú)介紹，雖然簡單來說就是靠貼圖，但還得介紹 OpenGL 以及 GPU 芯片，內(nèi)容太長）
擴(kuò)展學(xué)習(xí)
這節(jié)內(nèi)容是我最熟悉，結(jié)果反而因?yàn)檫@樣才想花更多時間寫好，所以等到以后再發(fā)出來好了，大家先可以先看看以下幾個站點(diǎn)：
ChromiumMozilla HacksSurfin' Safari
瀏覽器如何將頁面展現(xiàn)出來？
前面提到瀏覽器已經(jīng)將頁面渲染成一張圖片了，接下來的問題就是如何將這張圖片展示在屏幕上。Framebuffer
以 Linux 為例，在應(yīng)用中控制屏幕最直接的方法是將圖像的 bitmap 寫入 /dev/fb0 文件中，這個文件實(shí)際上一個內(nèi)存區(qū)域的映射，這段內(nèi)存區(qū)域稱為 Framebuffer。
需要注意的是在硬件加速下，如 OpenGL 是不經(jīng)過 Framebuffer 的。
從內(nèi)存到 LCD
在手機(jī)的 SoC 中通常都會有一個 LCD 控制器，當(dāng) Framebuffer 準(zhǔn)備好后，CPU 會通過 AMBA 內(nèi)部總線通知 LCD 控制器，然后這個控制器讀取 Framebuffer 中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、伽馬校正等操作，最終通過 DSI、HDMI 等接口發(fā)往 LCD 顯示器。
以 OMAP5432 為例，下圖是它所支持的一種并行數(shù)據(jù)傳輸：

LCD 屏幕上的每個物理像素點(diǎn)實(shí)際上是由紅、綠、藍(lán) 3 種色彩的點(diǎn)組成，每個顏色點(diǎn)能單獨(dú)控制，下面是用顯微鏡放大后的情況（來自 Wikipedia）：

從上圖可以看到每 3 種顏色的濾光片都全亮的時候就是白色，都滅就是黑色，如果你仔細(xì)看還能看到有些點(diǎn)并不是完全黑，這是字體上的反鋸齒效果。
通過這 3 種顏色亮度的不同組合就能產(chǎn)生出各種色彩，如果每個顏色點(diǎn)能產(chǎn)生 256 種亮度，就能生成 256 *256 *256 = 16777216 種色彩。
并不是所有顯示器的亮度都能達(dá)到 256，在選擇顯示器時有個參數(shù)是 8-Bit 或 6-Bit 面板，其中 8-Bit 的面板能在物理上達(dá)到256 種亮度，而 6-Bit 的則只有 64 種，它需要靠刷新率控制(Frame rate control)技術(shù)來達(dá)到 256 的效果。

如何控制這些顏色點(diǎn)的亮度？這就要靠液晶體了，液晶體的特性是當(dāng)有電流通過時會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而將部分光線擋住，所以只要通過電壓控制液晶體的轉(zhuǎn)動就能控制這個顏色點(diǎn)的亮度，目前手機(jī)屏幕中通常使用 TFT 控制器來對其進(jìn)行控制，在 TFT 中最著名的要數(shù) IPS 面板。
這些過濾后的光線大部分會直接進(jìn)入眼睛，有些光還會在其它表面上經(jīng)過漫(diffuse)反射或鏡面(specular)反射后再進(jìn)入眼睛，加上環(huán)境光的影響，要真正算出有多少光到眼睛是一個積分問題，感興趣的讀者可以研究基于物理的渲染。
當(dāng)光線進(jìn)入眼睛后，接下來就是生物學(xué)的領(lǐng)域了，所以我們到此結(jié)束。
擴(kuò)展學(xué)習(xí)
《Computer Graphics, 3rd Edition : Principles and Practices》《交互式計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》

本文所忽略的內(nèi)容
為了編寫方便，前面的介紹中將很多底層細(xì)節(jié)實(shí)現(xiàn)忽略了，比如：
內(nèi)存相關(guān) 堆，這里的分配策略有很多，比如 malloc 的實(shí)現(xiàn) 棧，函數(shù)調(diào)用，已經(jīng)有很多優(yōu)秀的文章或書籍介紹了 內(nèi)存映射，動態(tài)庫加載等 隊(duì)列幾乎無處不在，但這些細(xì)節(jié)和原理沒太大關(guān)系各種緩存 CPU 的緩存、操作系統(tǒng)的緩存、HTTP 緩存、后端緩存等等各種監(jiān)控 很多日志會保存下來以便后續(xù)分析

FAQ
從微博反饋來看，有些問題被經(jīng)常問到，我就在這里統(tǒng)一回答吧，如果有其它問題請?jiān)谠u論中問。
Q：學(xué)那么多有什么用？根本用不著
A：計(jì)算機(jī)是人類最強(qiáng)大的工具，你不想了解它是如何運(yùn)作的么？
Q：什么都了解一點(diǎn)，還不如精通一項(xiàng)吧？
A：非常認(rèn)同，初期肯定需要先在某個領(lǐng)域精通，然后再去了解周邊領(lǐng)域的知識，這樣還能讓你對之前那個領(lǐng)域有更深刻的理解。
Q：曬出來培養(yǎng)一堆面霸跟自己過不去？
A：本文其實(shí)寫得很淺，每個部分都能再深入展開。
Q：這題要把人累死啊，說幾天都說不完的
A：哈哈哈，大神你暴露了，題目只是手段，目的是將你這樣的大牛挖掘出來。