ROADMAP

B04 · 作業系統基礎（後端視角） 詳細 ROADMAP

計畫文件，不會被 Quartz 渲染。 回主 roadmap → backend/ROADMAP.md

---

章節目標

不是 OS 課，是「後端工程師遇到的 OS 知識」。你的 process 為什麼會被 OOM killer 殺掉？為什麼 ulimit -n 重要？Signal handling 怎麼做 graceful shutdown？Container 底層到底用了什麼 kernel feature？本章目標是讓讀者看 production incident log 能知道發生什麼事。

---

🌱 基本介紹

#	主題	Slug	Stage	大綱
01	後端工程師該懂多少 OS	01-what-os-for-backend	🌱	從 application 層到 kernel 的邊界；要懂到哪一層夠

---

❓ 為什麼需要

#	主題	Slug	Stage	大綱
02	為什麼不懂 file descriptor 會爆	02-why-fd-matters	🌱	“Too many open files” 實際案例、connection / log file / socket 都是 fd、ulimit 調多少才對
03	為什麼 graceful shutdown 一定要懂 signal	03-why-signal-matters	🌱	K8s 送 SIGTERM → 你沒處理 → 15 秒後 SIGKILL → 流量斷、連線掉、資料不一致
04	為什麼 container 不是 VM	04-why-container-not-vm	🌱	namespace / cgroup 機制、資源隔離程度、container escape 風險

---

🕰️ 演進

#	主題	Slug	Stage	大綱
05	Unix Process 模型演進	05-process-model-evolution	🌱	fork/exec → Thread pthread → lightweight thread（goroutine / M:N）→ async / coroutine
06	容器化技術演進	06-container-tech-evolution	🌱	chroot → LXC → Docker → OCI 標準 → containerd / Podman / CRI-O

---

🧠 知識型

F04-A Process / Thread

#	主題	Slug	Stage	大綱
07	Process vs Thread	07-process-vs-thread	🌱	記憶體共用差異、context switch cost、fork 成本、Copy-on-Write
08	Thread Pool 底層	08-thread-pool	🌱	為什麼不要每 request 開一個 thread；Java ThreadPoolExecutor / Python concurrent.futures 底層
09	綠色執行緒 / 纖程（Fiber）	09-green-thread-fiber	🌱	Goroutine / Erlang process / Java Project Loom 虛擬執行緒

F04-B IO 與 File Descriptor

#	主題	Slug	Stage	大綱
10	File Descriptor 深入	10-file-descriptor	🌱	fd 是什麼、process 層的 fd table、system-wide limit、為什麼 socket / file / pipe 都是 fd
11	select / poll / epoll / kqueue / io_uring	11-io-multiplexing	🌱	從 O(n) 到 O(1)、epoll LT vs ET、io_uring（2019+）改變遊戲規則
12	Blocking vs Non-blocking IO	12-blocking-vs-nonblocking	🌱	核心差異、怎麼切 non-blocking mode、EAGAIN 怎麼處理

F04-C Signal

#	主題	Slug	Stage	大綱
13	Signal 基礎	13-signal-basics	🌱	SIGTERM / SIGKILL / SIGINT / SIGHUP / SIGPIPE、async-signal-safe、signal handler 限制
14	Graceful Shutdown 實作	14-graceful-shutdown	🌱	收 SIGTERM → 停止接新 request → 等舊 request 完 → 關 DB/MQ 連線 → 退出；跟 K8s readiness probe 連動

F04-D 記憶體管理

#	主題	Slug	Stage	大綱
15	Virtual Memory 基礎	15-virtual-memory	🌱	page、page fault、mmap；為什麼 free -h 數字看起來怪
16	OOM Killer 與 cgroup memory limit	16-oom-killer	🌱	OOM score、K8s container OOM、memory request/limit 怎麼設

F04-E 容器底層

#	主題	Slug	Stage	大綱
17	容器化基礎	⛔️ fundamentals/containerization	🌿	跨系列
18	Linux Namespace	18-linux-namespace	🌱	PID / Net / Mount / UTS / IPC / User namespace 各自隔離什麼
19	cgroup v1 vs v2	19-cgroup	🌱	資源限制實作、CPU / Memory / IO controller、K8s 用的版本
20	Container Runtime 深入	20-container-runtime-deep	🌱	runc / crun / gVisor、OCI spec、K8s CRI

---

🔧 小實作注意事項

#	主題	Slug	Stage	大綱
21	看 process 狀態（/proc）	21-proc-filesystem	🌱	/proc/{pid}/status、fd、maps、常用診斷方式
22	用 strace 抓 syscall	22-strace	🌱	查「卡在哪」、看 file / network syscall、Docker 內 strace 問題
23	用 lsof 查檔案 / socket	23-lsof	🌱	找誰占用某 port、查 fd 洩漏
24	實作一個 graceful shutdown（跨語言）	24-graceful-shutdown-impl	🌱	Go / Python / Node.js / Java 各自實作

---

💣 Anti-pattern

#	主題	Slug	Stage	大綱
25	OS-level Anti-patterns	25-os-antipatterns	🌱	ulimit -n 沒調（預設 1024 根本不夠）、沒處理 SIGPIPE（寫斷掉 socket 整個程式崩）、子 process spawn 完沒 wait 變 zombie、container 跑 root、memory limit 忘設、container 不做 process reaper（PID 1 問題）

---

🧰 對應檢查工具

#	主題	Slug	Stage	大綱
26	OS 診斷工具	26-os-diagnostic-tools	🌱	top / htop、iotop、vmstat、sar、pidstat、strace、lsof、ss、bpftrace / bcc / eBPF

---

📎 補充

#	主題	Slug	Stage	大綱
S01	eBPF 給後端工程師	s01-ebpf-for-backend	🌱	為什麼 2020+ 後端運維界瘋 eBPF、實戰工具（bpftrace / Cilium / Pixie）
S02	Linux Cgroup v2 的 K8s 影響	s02-cgroup-v2-k8s	🌱	為什麼 K8s 1.25+ 推 cgroup v2、memory behavior 變化

---

章節進度統計

• 知識主題：26 + 2 補充 = 28 項
• 🌿 growing：1（跨系列）
• 🌱 seed：27

---

跨系列連結

• → fundamentals/containerization
• → backend/deployment/ B18（container / K8s）
• → backend/observability/ B17（eBPF trace）
• → infra/ 容器相關