Xem cách C và C++ vẫn là lõi của hệ điều hành, cơ sở dữ liệu và engine game — qua kiểm soát bộ nhớ, tốc độ và truy cập mức thấp.

“Phía dưới nắp capo” là những thứ mọi ứng dụng phụ thuộc nhưng hiếm khi tương tác trực tiếp: nhân hệ điều hành, driver thiết bị, engine lưu trữ cơ sở dữ liệu, ngăn xếp mạng, runtime và các thư viện nhạy cảm với hiệu năng.
Ngược lại, những gì nhiều nhà phát triển ứng dụng thấy hàng ngày là bề mặt: framework, API, runtime quản lý, bộ quản lý gói và dịch vụ đám mây. Những lớp đó được thiết kế để an toàn và tăng năng suất — ngay cả khi chúng cố tình che giấu sự phức tạp.
Một số thành phần phần mềm có yêu cầu khó đáp ứng nếu không kiểm soát trực tiếp:
C và C++ vẫn phổ biến ở những nơi này vì chúng biên dịch thành mã gốc với overhead runtime tối thiểu và cho phép kỹ sư kiểm soát chi tiết bộ nhớ và gọi hệ thống.
Ở mức cao, bạn sẽ thấy C và C++ chạy ở:
Bài viết tập trung vào cơ chế: các thành phần “phía sau hậu trường” làm gì, tại sao chúng hưởng lợi từ mã gốc, và những đánh đổi khi sử dụng sức mạnh đó.
Nó không khẳng định C/C++ là lựa chọn tốt nhất cho mọi dự án, và không biến thành cuộc tranh luận ngôn ngữ. Mục tiêu là hiểu thực dụng nơi các ngôn ngữ này vẫn phát huy hiệu quả — và tại sao các stack phần mềm hiện đại tiếp tục xây dựng trên chúng.
C và C++ được dùng rộng rãi cho phần mềm hệ thống vì chúng cho phép chương trình “gần kim loại”: nhỏ, nhanh và tích hợp chặt chẽ với OS và phần cứng.
Khi mã C/C++ được biên dịch, nó trở thành các lệnh máy mà CPU có thể thực thi trực tiếp. Không có runtime bắt buộc phải dịch lệnh trong khi chương trình chạy.
Điều đó quan trọng cho các thành phần hạ tầng — nhân, engine cơ sở dữ liệu, engine game — nơi ngay cả chi phí nhỏ cũng có thể cộng dồn khi tải cao.
Phần mềm hệ thống thường cần thời gian phản hồi ổn định, không chỉ tốc độ trung bình. Ví dụ:
C/C++ cung cấp kiểm soát CPU, bố cục bộ nhớ và cấu trúc dữ liệu, giúp kỹ sư nhắm tới hiệu năng dự đoán.
Con trỏ cho phép bạn làm việc trực tiếp với địa chỉ bộ nhớ. Quyền lực này có thể nghe đáng sợ, nhưng nó mở ra những khả năng mà nhiều ngôn ngữ bậc cao trừu tượng đi:
Khi dùng cẩn thận, mức kiểm soát này có thể mang lại lợi ích hiệu quả đáng kể.
Tự do cùng tồn tại với rủi ro. Những đánh đổi phổ biến gồm:
Một cách tiếp cận phổ biến là giữ lõi nhạy cảm với hiệu năng bằng C/C++, rồi bao quanh bằng ngôn ngữ an toàn hơn cho tính năng sản phẩm và UX.
Nhân hệ điều hành đứng gần phần cứng nhất. Khi máy tính bạn thức dậy, trình duyệt mở lên, hoặc một chương trình yêu cầu thêm bộ nhớ, nhân đang điều phối các yêu cầu đó và quyết định điều gì xảy ra tiếp theo.
Ở mức thực tế, nhân xử lý vài công việc lõi:
Vì những trách nhiệm này nằm ở trung tâm hệ thống, mã nhân vừa nhạy cảm về hiệu năng vừa nhạy cảm về độ chính xác.
Nhà phát triển nhân cần kiểm soát chính xác về:
C vẫn là ngôn ngữ “nhân” phổ biến vì nó ánh xạ rõ ràng tới khái niệm máy móc trong khi vẫn dễ đọc và di động giữa các kiến trúc. Nhiều nhân cũng dùng assembly cho các phần nhỏ nhất, cụ thể phần cứng, còn C làm phần lớn công việc.
C++ có thể xuất hiện trong nhân, nhưng thường theo phong cách hạn chế (giới hạn tính năng runtime, chính sách ngoại lệ cẩn thận và quy tắc nghiêm ngặt về cấp phát). Khi dùng, C++ thường giúp cải thiện trừu tượng hóa mà không từ bỏ kiểm soát.
Ngay cả khi nhân thận trọng, nhiều thành phần xung quanh cũng là C/C++:
Để biết thêm về cách driver kết nối phần mềm và phần cứng, xem /blog/device-drivers-and-hardware-access.
Driver thiết bị phiên dịch giữa hệ điều hành và phần cứng vật lý — card mạng, GPU, bộ điều khiển SSD, thiết bị âm thanh, và nhiều thứ khác. Khi bạn nhấn “play”, sao chép một file, hoặc kết nối Wi‑Fi, driver thường là mã đầu tiên phải phản hồi.
Vì driver nằm trên đường nóng của I/O, chúng cực kỳ nhạy cảm với hiệu năng. Vài micro giây thêm cho mỗi gói hoặc mỗi yêu cầu đĩa có thể cộng dồn nhanh trên hệ thống bận rộn. C và C++ vẫn phổ biến ở đây vì chúng có thể gọi API nhân OS trực tiếp, kiểm soát bố cục bộ nhớ chính xác và chạy với overhead tối thiểu.
Phần cứng không chờ đợi lịch trình. Thiết bị báo cho CPU qua ngắt — thông báo khẩn cấp rằng có sự kiện (đã đến gói, đã hoàn thành truyền). Mã driver phải xử lý các sự kiện này nhanh và đúng, thường trong giới hạn thời gian và luồng nghiêm ngặt.
Để đạt throughput cao, driver còn dựa vào DMA (Direct Memory Access), nơi thiết bị đọc/ghi bộ nhớ hệ thống mà không cần CPU sao chép từng byte. Thiết lập DMA thường bao gồm:
Những tác vụ này cần API mức thấp: register ánh xạ bộ nhớ, cờ bit, và thứ tự đọc/ghi cẩn thận. C/C++ khiến việc biểu đạt logic “gần kim loại” này trở nên thực tế trong khi vẫn duy trì tính di động giữa các compiler và nền tảng.
Không như một app bình thường, lỗi driver có thể làm sập toàn bộ hệ thống, làm hỏng dữ liệu hoặc mở lỗ hổng bảo mật. Rủi ro đó định hình cách viết và review mã driver.
Nhóm giảm nguy cơ bằng tiêu chuẩn mã nghiêm ngặt, kiểm tra phòng thủ và review theo lớp. Thực hành phổ biến gồm hạn chế dùng con trỏ không an toàn, xác thực đầu vào từ phần cứng/firmware và chạy phân tích tĩnh trong CI.
Quản lý bộ nhớ là một trong những lý do lớn khiến C và C++ vẫn thống trị các phần của hệ điều hành, cơ sở dữ liệu và engine game. Nó cũng là một trong những nơi dễ tạo lỗi tinh vi nhất.
Ở mức thực tế, quản lý bộ nhớ bao gồm:
Trong C, việc này thường rõ ràng (malloc/free). Trong C++, có thể rõ ràng (new/delete) hoặc bọc trong các mẫu an toàn hơn.
Trong các thành phần nhạy cảm với hiệu năng, kiểm soát thủ công là một tính năng:
Điều này quan trọng khi một cơ sở dữ liệu phải duy trì độ trễ ổn định hoặc engine game phải đạt giới hạn thời gian khung.
Cùng một mức tự do tạo ra các vấn đề kinh điển:
Những lỗi này tinh vi vì chương trình có thể “nhìn ổn” cho đến khi một khối lượng công việc cụ thể kích hoạt lỗi.
C++ hiện đại giảm rủi ro mà không từ bỏ kiểm soát:
std::unique_ptr và std::shared_ptr) làm rõ quyền sở hữu và ngăn nhiều rò rỉ.Dùng đúng, các công cụ này giữ cho C/C++ nhanh trong khi giảm khả năng lỗi bộ nhớ tới môi trường production.
CPU hiện đại không tăng nhiều về tốc độ từng nhân — họ tăng số nhân. Điều này chuyển câu hỏi hiệu năng từ “Mã của tôi nhanh thế nào?” sang “Mã của tôi chạy song song tốt đến mức nào mà không va chạm?”. C và C++ được ưa chuộng ở đây vì chúng cho phép kiểm soát mức thấp về threading, đồng bộ và hành vi bộ nhớ với rất ít overhead.
Luồng là đơn vị chương trình dùng để làm việc; nhân CPU là nơi công việc đó chạy. Trình lập lịch OS gán các luồng runnable lên các nhân có sẵn, liên tục đưa ra các đánh đổi.
Các chi tiết lập lịch nhỏ lại quan trọng trong mã nhạy cảm hiệu năng: tạm dừng một luồng vào lúc sai có thể làm nghẽn pipeline, tạo backlog hàng đợi hoặc gây hành vi dừng-đi. Với công việc giới hạn CPU, giữ số luồng hoạt động tương ứng với số nhân thường giảm thrashing.
Mục tiêu thực tế không phải “không bao giờ khóa”, mà là: khóa ít hơn, khóa thông minh hơn — giữ phần quan trọng nhỏ, tránh khóa toàn cục và giảm trạng thái chia sẻ có thể thay đổi.
Cơ sở dữ liệu và engine game không chỉ quan tâm tốc độ trung bình — họ quan tâm các tạm dừng xấu nhất. Một chuỗi khóa, page fault, hoặc worker bị treo có thể gây giật hình, nhập liệu trễ, hoặc truy vấn chậm vi phạm SLA.
Nhiều hệ thống hiệu năng cao dựa trên:
Những mẫu này hướng đến throughput ổn định và độ trễ nhất quán dưới tải.
Engine cơ sở dữ liệu không chỉ “lưu hàng”. Nó là một vòng lặp chặt chẽ của công việc CPU và I/O chạy hàng triệu lần mỗi giây, nơi các thiếu sót nhỏ cộng dồn rất nhanh. Đó là lý do nhiều engine và thành phần lõi vẫn viết chủ yếu bằng C hoặc C++.
Khi bạn gửi SQL, engine:
Mỗi giai đoạn hưởng lợi từ kiểm soát bộ nhớ và CPU cẩn thận. C/C++ cho phép parser nhanh, ít cấp phát khi lập kế hoạch và đường nóng thực thi gọn — thường với cấu trúc dữ liệu tùy chỉnh cho khối lượng công việc.
Dưới lớp SQL, engine lưu trữ xử lý các chi tiết ít hào nhoáng nhưng thiết yếu:
C/C++ phù hợp vì các thành phần này dựa vào bố cục bộ nhớ dự đoán được và kiểm soát ranh giới I/O trực tiếp.
Hiệu năng hiện đại thường phụ thuộc nhiều vào cache CPU hơn là tốc độ thô của CPU. Với C/C++, nhà phát triển có thể gộp các trường dùng thường xuyên, lưu cột trong mảng liên tục và giảm theo chuỗi con trỏ — những mẫu giữ dữ liệu gần CPU và giảm stall.
Ngay cả trong các cơ sở dữ liệu nặng C/C++, ngôn ngữ bậc cao thường dùng cho công cụ quản trị, backup, monitoring, migration và orchestration. Lõi nhạy cảm giữ ở native; hệ sinh thái bên ngoài ưu tiên tốc độ lặp và tính dễ dùng.
Cơ sở dữ liệu có cảm giác tức thì vì chúng nỗ lực tránh đĩa. Dù SSD nhanh, đọc từ lưu trữ vẫn chậm hơn đọc từ RAM hàng bậc. Engine viết bằng C hoặc C++ có thể kiểm soát mọi bước chờ đó — và thường tránh nó.
Hãy tưởng tượng dữ liệu trên đĩa như các thùng trong kho. Lấy một thùng (đọc đĩa) tốn thời gian, nên bạn giữ những món dùng nhiều trên bàn (RAM).
Nhiều cơ sở dữ liệu quản lý buffer pool riêng để dự đoán cái nào nên nóng và tránh ganh đua với OS về bộ nhớ.
Lưu trữ không chỉ chậm; nó còn không dự đoán được. Đột biến độ trễ, xếp hàng và truy cập ngẫu nhiên đều gây chậm. Cache giảm điều này bằng cách:
C/C++ cho phép engine điều chỉnh chi tiết khi throughput cao: đọc căn chỉnh, direct I/O so với buffered I/O, chính sách đẩy ra tùy chỉnh, và bố cục trong bộ nhớ cho index và log buffer. Những lựa chọn này giảm copy, tránh contention và giữ cache CPU luôn có dữ liệu hữu ích.
Cache giảm I/O nhưng tăng khối lượng CPU. Giải nén page, tính checksum, mã hóa log và xác thực bản ghi có thể trở thành nút cổ chai. Vì C và C++ cho phép kiểm soát mô hình truy cập bộ nhớ và lập trình SIMD thân thiện, chúng thường được dùng để tận dụng tối đa mỗi nhân.
Engine game hoạt động dưới kỳ vọng thời gian thực nghiêm ngặt: người chơi di chuyển camera, nhấn nút và thế giới phải phản hồi ngay lập tức. Điều này đo bằng thời gian dựng khung, không phải throughput trung bình.
Ở 60 FPS, bạn có khoảng 16.7 ms để tạo một khung: mô phỏng, animation, vật lý, mixing âm thanh, culling, gửi lệnh render, và thường streaming tài nguyên. Ở 120 FPS, ngân sách giảm còn 8.3 ms. Vượt ngân sách thì người chơi cảm nhận được giật, trễ nhập liệu hoặc nhịp độ không nhất quán.
Đó là lý do lập trình C và lập trình C++ vẫn phổ biến trong lõi engine: hiệu năng dự đoán, overhead thấp và kiểm soát chi tiết về bộ nhớ và CPU.
Phần lớn engine dùng mã native cho phần nặng:
Những hệ thống này chạy mỗi khung, nên các thiếu sót nhỏ nhân lên nhanh.
Phần lớn hiệu năng game đến từ vòng lặp chặt: lặp thực thể, cập nhật transform, kiểm tra va chạm, skin vertex. C/C++ giúp dễ dàng cấu trúc bộ nhớ cho hiệu quả cache (mảng liên tục, ít cấp phát, ít indirection ảo). Bố cục dữ liệu có thể quan trọng ngang ngửa lựa chọn thuật toán.
Nhiều studio dùng ngôn ngữ scripting cho logic gameplay — nhiệm vụ, UI, trigger — vì tốc độ lặp quan trọng. Lõi engine thường vẫn native, script gọi vào hệ thống C/C++ qua binding. Mẫu phổ biến: script điều phối; C/C++ thực thi phần tốn kém.
C và C++ không chỉ “chạy” — chúng được xây thành binary native phù hợp CPU và hệ điều hành. Pipeline build này là lý do lớn khiến các ngôn ngữ này vẫn trung tâm cho OS, cơ sở dữ liệu và engine game.
Một build điển hình có vài giai đoạn:
Bước linker hay bộc lộ các vấn đề thực tế: symbol thiếu, phiên bản thư viện không khớp, hoặc cài đặt build không tương thích.
Toolchain là tập hợp đầy đủ: compiler, linker, thư viện chuẩn và công cụ build. Với phần mềm hệ thống, bao phủ nền tảng thường quyết định:
Các nhóm thường chọn C/C++ một phần vì toolchain trưởng thành và có trên nhiều môi trường — từ thiết bị nhúng đến server.
C thường được xem là “bộ chuyển đổi phổ quát.” Nhiều ngôn ngữ có thể gọi hàm C qua FFI, nên các nhóm thường đặt logic hiệu năng vào thư viện C/C++ rồi phơi ra API nhỏ cho mã bậc cao. Đó là lý do Python, Rust, Java và các ngôn ngữ khác thường bọc hoặc gọi lại thành phần C/C++ sẵn có thay vì viết lại.
Nhóm C/C++ thường đo:
Quy trình nhất quán: tìm nút thắt, xác nhận bằng dữ liệu, rồi tối ưu phần nhỏ nhất có ảnh hưởng.
C và C++ vẫn là công cụ tuyệt vời — khi bạn xây phần mềm mà vài mili giây, vài byte, hoặc một lệnh CPU cụ thể thực sự quan trọng. Chúng không phải là lựa chọn tốt mặc định cho mọi tính năng hay đội.
Chọn C/C++ khi thành phần nhạy cảm với hiệu năng, cần kiểm soát bộ nhớ chặt hoặc phải tích hợp sâu với OS/phần cứng.
Phù hợp thông thường:
Chọn ngôn ngữ bậc cao khi ưu tiên là an toàn, tốc độ lặp hoặc bảo trì ở quy mô lớn.
Thường hợp nên dùng Rust, Go, Java, C#, Python hoặc TypeScript khi:
Thực tế, hầu hết sản phẩm là hỗn hợp: thư viện native cho đường nóng, dịch vụ và UI bậc cao cho phần còn lại.
Nếu bạn chủ yếu xây web, backend hoặc mobile, thường không cần viết C/C++ để hưởng lợi — bạn tiêu thụ chúng qua OS, database, runtime và phụ thuộc. Nền tảng như Koder.ai tận dụng sự phân chia đó: bạn có thể nhanh chóng tạo app React, backend Go + PostgreSQL, hoặc app Flutter từ workflow chat, đồng thời tích hợp thành phần native khi cần (ví dụ gọi thư viện C/C++ qua FFI). Cách này giữ phần lớn bề mặt sản phẩm trong mã dễ lặp, không bỏ qua nơi mã native là công cụ phù hợp.
Hỏi những câu trước khi quyết định: