硕士期间对程序如何从编码到最终运行有强烈的好奇心，也在编译技术方面做了相应的研究工作，硕士毕业的论文是关于编译技术，当年毕业就希望从事编译技术相关工作，怎奈当时极少有此方面的岗位。
工作后为弄清进程如何在操作系统中运行的，有幸加入新设计团队，在杨力祥老师的带领下完成《Linux内核设计的艺术》一书，并由机械工业出版社出版发行，得到业界的肯定与赞誉，英文版被MIT等100多所大学和美国国会图书馆收藏。
随后我也意气风发准备去IBM从事z/OS的工作，后来鬼使神差地被华为人力的一句话打动了——“您去IBM，美国人会把核心技术放到中国吗？我们华为要做一个分布式数据库，需要开发一个分布式文件系统，我们舞台很大，您可以尽情发挥自己的聪明才智”。之后我加入华为2012实验室华为高斯开发部从事GuassDB的架构设计与研发。
就此凑齐了IT基础软件的三件套全家桶——编译器、操作系统和数据库。
众所周知，程序是开发者编码，之后由编译器编译代码和链接后形成可执行文件。在执行时，先由操作系统通过加载器创建进程（线程可以看做广义的进程，本文以进程进行说明）后再加载程序的可执行文件、把程序计数器PC指向程序入口地址，最后CPU按照指令集执行。
但，编译器、操作系统到底是如何做到这些的？它们的设计思想是怎样的？今天，我尝试着来解释下。
图：编译器、操作系统、数据库三大基础软件的设计思想与CPU间的关系
一、编译器是把开发者用编程语言遵照语法规则编写的代码转换成CPU认识的按相关规则组织的CPU可执行文件（如：Window的PE格式文件、Linux的ELF格式文件等）。
从这个过程我们可以看出，从人认识的规则到CPU认识的规则，人需要学习编程语言的规则后，才会懂得代码的含义，而计算机只能一个个字符读取开发者开发的源码——XT时序结构，进行词法和语法分析形成内存中的XY空间结构——把关联信息保留在空间结构中，最后再把XY空间结构信息转换成XT时序结构，最后经过链接器生成可执行文件（如：PE格式、ELF格式等）。
即：编译器的本质是计算机把它读取的XT时空结构的源码信息无损的转换成XY空间结构，再由XY空间结构无损的转换成CPU可执行的XT时空结构的可执行文件，见图中第一部分。
二、操作系统要解决实时多任务的问题——在资源有限的情况下，如何解决并发使用资源，保证资源的一致性，提高资源使用率。为解决此问题，操作系统采用如下的设计思想。
1、以碎治碎，把CPU分成时间片、内存分成页、硬盘分成块等，任务按需求申请和释放，操作系统按小块的分配和回收。
2、主奴机制，用户任务抽象成进程，操作系统对进程进行组织、管理、协调，进程可以申请资源，如：内存、磁盘等，但分配不分配的操作系统这个“主子”说了算，进程何时运行也是由操作系统“主子”说了算，即主奴机制，规则简单，效率高，如需进一步提高效率则需进一步提高精细化管理。
3、定位识别，按约定，在固定的位置按照约定的规则解读字段信息，如：电脑重新上电时，程序计数器PC指向0X7C00，约定到固定的位置去读取BIOS信息。
4、定长管理变长，通过定长信息，描述后面的变长信息有多长，如：磁盘格式化后，在头部约定的几个数据块即超级块，对整个磁盘的情况进行描述，如文件格式、inode节点情况、块空间使用情况等。
即：操作系统的本质把并发任务抽象成进程，通过“以碎治碎、主奴机制”的设计思想，对进程进行组织、管理、协调，保证资源使用的一致性，提高资源利用率，见图中第二部分。
三、当操作系统通过创建进程，加载编译器编译好的可执行文件，经过操作系统的调度，当进程获得CPU时间片可以执行时，则CPU就按指令执行，见图中第三部分。
至此，一个程序从编译、链接、加载、调度、执行、退出的完整生命周期就讲解完毕。
四、关系型交易型数据库（以下简称数据库），如PostgreSQL、MySQL等，要解决并发访问数据时，保证数据的一致性，提高系统的并发量和吞吐率。其采用的设计思想与操作系统的设计思想是一致的——“操作系统解决的是对硬件资源的竞争，数据库要解决对数据资源的竞争”，本质上是同源的。具体体现如下：
1、以碎治碎，把表分成page和行、缓冲区分成page、表的物理存储分成page和行等，任务按需求申请和释放，数据库按小块块“小块块”的分配和回收。
2、主奴机制，用户任务抽象成事务，数据库依托操作系统的进程对事务进行组织、管理、协调，事务可以申请资源，如：缓存、数据空间等，但分配不分配得数据库这个“主子”说了算，事务何时运行也是由数据库“主子”说了算，即主奴机制，规则简单，效率高，如需进一步提高效率则需进一步提高精细化管理。
3、定位识别，按约定，在固定的位置按照约定的规则解读字段信息，如：每个物理page的头部留出一些字段信息描述page里面的情况。
4、定长管理变长，通过定长信息，描述后面的变长信息有多长，如：通过每个物理page的头部信息，来描述page中tuple的位置和长度，这也是数据库能灵活实现用户定义行数据大小的基础。
即：数据库的本质把并发任务抽象成事务，通过“以碎治碎、主奴机制”的设计思想，对数据库进行组织、管理、协调，保证数据资源使用的一致性，提高效率和系统吞吐率，见图中第四部分。
当要执行一条”select from t”SQL时，则客户端首先通过JDBC等发起一个连接请求，数据库服务器端接受请求，向操作系统申请创建一个子进程，子进程启动事务（假设默认启动事务），接受请求SQL，执行词法分析、语法分析、优化、执行等，最后返回结果给用户。从中可以看出与编译器和CPU有很多关联性。
至此，编译器、操作系统、数据库三者之间的设计思想以及与CPU的关系介绍完毕，我们总结如下，见图中第五部分：
1、数据库与操作系统：设计思想相似，事务与进程概念同构，他们都是任务的体现。
2、数据库与编译器：SQL引擎的词法、语法分析与编译器的词法、语法分析是一致的。
3、数据库与CPU：数据库的执行引擎、算子与CPU的执行、指令集思想上是同源的。
可以看出，在技术上也印证了“太阳底下无新鲜事”，技术上很多事情都是相通的，而数据库是集大成者之一。
我曾对团队说过，应届毕业就从事数据库内核的研发工作，是不幸也是有幸。不幸的是数据库知识庞杂、技术太难，入门都很难。幸运的是数据库体系性很强，同时几乎我们学过的所有IT知识都会在数据库中体现，如果在数据库的锤炼下能坚持下来，在技术上必有所成。
编译器、操作系统和数据库三大基础软件设计如此精妙，不失为自身提高的好案例。
共勉！
