深入理解计算机系统

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关于本书

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内容简介

看完会对计算机底层机制有一个overview式的理解,清楚地知道一个”hello world”程序从编写,编译,链接最后实际运行的全过程.作者在开篇提到,”如果你全心投身学习本书中的概念,完全理解底层计算机系统以及它对应用程序的理解,你会步上成为为数不多的大牛之路”.没错,是”步上”,”逐渐成为”大牛.CSAPP是一本很基础的书.糅合了计算机组成原理,操作系统,体系结构,网络编程,并行程序设计原理等课程的基础知识.除第一章外,每一章甚至是一小节都可以扩展成一本书来讲授.对于刚接触编程,或者像我这种非CS专业出身的人来说,这是一本方向性的书,它会告诉你,要想成为一个优秀的程序员,你应当重点理解哪些计算机底层原理,告诉你应该在以后的自学过程中,应该重点学习哪些课程，比如操作系统和体系结构等

书摘

读后感

Chapter 1
A Tour of Computer System
一个对计算机系统总体的介绍，简单明了。

应试 ★★★：可能在笔试中会有一些整体上的概念题。
修炼 ★: 属于计算机最基本的概念。

chapter 2
Representing and Manipulating Information
信息在计算机中的表示形式。分别包括整数和浮点数的表示形式。

应试 ★: 应试中很少会考到。
修炼 ★★★★：有很多人可能写了多年的代码都不知道浮点数是如何用那4（8）个字节存储的。

chapter 3
Machine-Level Representation of Program
汇编语言的复习。

修炼 ★★★★★：理解汇编语言和寄存器结构是后面很多内容的基础。
应试：
3.7 Procedures ★★★★★：过程调用，尤其是过程调用（包括递归调用）中堆栈的使用情况是经常会考到的。
3.10 Alignment ★★★★★：数据在内存中的“对齐”方式，也是经常出现在考题中的。比如定义一个结构体数组，打印出其中一个元素的地址，问这个地址相对数组起始地址有多少个字节的距离。
others ★★★： 汇编在应试中考的还是比较少的（除专门的职位）。

chapter 4
Processor Architecture
计算机体系结构的内容。
处理器结构，各种逻辑门、功能单元，指令集，指令的执行，指令执行的流水线等。

应试 ★： 对于软件相关职位来说，很少会考到这么底层的东西的。
修炼 ★★★： 对于从事软件层面的技术人员来说，不用深入，但是也应该理解，知道是怎么回事。

chapter 5
Optimizing Program Performance
如何优化程序的执行效率，包括代码的优化，编译器的优化，及CPU级别的优化。

5.1-5.6
应试 ★★★★： 经常会有一些让你寻找程序瑕疵的问题，你能看出代码在哪些细节上可以优化吗？
修炼 ★★★★★： 你当然需要知道编译器能在什么层面上自动帮你优化代码，在编译器无法优化时你自己如何在小细节上优化代码。
5.7以后
CPU级别的优化，微指令的概念，功能单元上微指令的并行，程序分支的预测等。
应试 ★： 对于软件相关职位来说，不会考这些东西的。
修炼 ★★★： 不用深入，但是应该知道并能够理解。

chapter6
The Memory Hierarchy
详细介绍了计算机系统中的存储结构。

6.1 介绍了不同种类的存储设备以及对应的存取数据的方式。
应试 ★： 很少会考到这么底层的东西
修炼 ★★： 知道就好了。
6.2-6.5 介绍了存储设备的组织形式，着重介绍了Cache及其工作方式。
应试 ★★★★： 在面试中，经常会考到跟cache相关的题目。
修炼 ★★★★： 存储结构和cache是计算机中很基础也很重要的概念。
6.6-6.7 介绍了程序如何和cache打交道，不同的循环嵌套顺序、遍历方向等对cache命中的影响。
应试 ★★： 很少会考到这些东西。
修炼 ★★★★： 你当然希望在写多重循环的时候知道什么样的嵌套顺序效率最高。

chapter 7
Linking
顾名思义，详细讲解了程序的链接过程，主要分为静态链接和动态链接，以及链接过程中使用到的技术。

应试 ★★★：需要知道链接的基本概念，尤其是动态链接可能会考到。
修炼 ★★★★★：有的时候，你很可能会被一个链接错误折磨好几天。另外，动态链接库的应用现在也是很普遍的。

chapter 8
Exceptional Control Flow
顾名思义，本章主要讲解异常控制，不过这里的“异常”并不是Java或者C++里的狭义的异常，而是一个广义的“Exceptions”的概念，包括中断（Interrupt，硬件层面，主要是I/O中断），陷阱(Trap,主动产生的异常，主要用于用户程序和系统内核间的交互，如系统调用)，错误（Falut，如除0错误；页错误：在虚拟内存中，所请求页面并不在内存中，需要从硬盘读取等。错误可能恢复），中止（Abort，致命错误，无法恢复，如硬件问题等）。
在介绍异常处理的同时，引入了进程的概念，对进程控制也进行了详细介绍，以及进程级别的Exception：信号（signal）,这个级别的异常处理由操作系统完成，通常叫做上下文切换（context switch）。

应试 ★★： 主要掌握进程的概念即可。
修炼 ★★★： 知道异常控制流是怎么回事，用户程序和系统交互（如系统调用）的原理和方式即可，不用太深入。

chapter 9
Measuring Program Execution Time
本章介绍了如何尽可能准确的测量程序执行的时间。在实际编程中，我们极少会需要进行如此精确的测量，所以我跳过本章不读。

chapter 10
Virtual Memory
非常重要的一章，虚拟存储机制是计算机实现多任务的一项重要技术。计算机正是通过时间片技术使得每个进程在执行时仿佛独占CPU，进而又通过虚拟存储机制使得每一个进程在执行时，仿佛独占内存。
10.1介绍了虚拟地址和物理地址，CPU进行寻址操作产生的是虚拟地址，通过存储管理单元（memory management unit）转换为实际的物理内存地址。
10.3~10.5讲述了虚拟存储机制的优点：使得内存可以作为硬盘的cache；能够更方便的管理内存；能更好的提供内存保护机制。
10.6 介绍了虚拟地址如何转换为物理地址。
10.7 很精彩的一节，通过Intel Pentium和Linux的实例讲述了整个存储管理机制。记得以前上操作系统课的时候，各种理论、机制学了一大堆，但是就是不知道实际的操作系统到底用的哪套方法。而本节内容正是通过实例让你对刚学的理论机制有一个直观的了解。
10.8~10.10 讲述了存储映射（Memory Mapping）、动态内存分配和垃圾回收机制。
10.11 很实用的一节，列举了一些C编程中容易犯的内存引用错误。

应试 ★★★★： 本章内容是操作系统课程的重点内容，如果考操作系统，极有可能考到。10.11节的知识也能帮你应对一些程序挑错题。
修炼 ★★★★★： 操作系统中重要的基础内容，即使你只使用Java这样的高级编程语言，至少也应该弄懂垃圾回收机制吧。

chapter 11
System-Level I/O
介绍类Unix系统下的I/O读写，主要介绍系统层面的I/O接口。由于我们日常编程所用的I/O接口都是各种高级语言提供的经过封装的标准接口，故而如果不进行嵌入式编程的话这部分知识不是必须的，我跳过没读。

chapter 12
Network Progranmming
简单介绍了网络模型，TCP/IP协议，类Unix系统的socket接口等。
应试和修炼 ★★： 因为篇幅限制，本章只做了简单讲解，要掌握网络编程知识还需要参考专门的网络技术书籍。

chapter 13
Concurrent Programming
本章简单介绍了并发程序设计的内容，主要包括：
进程级别的并发，各子进程拥有不同的虚拟地址空间，需要IPC(InterProcess Communication)机制共享数据，进程之间切换开销大。
I/O复用，事件驱动，单进程运行，共享虚拟地址空间，并发效果不理想。
线程，介于上述两种中间，各子线程共享进程的虚拟地址空间，线程间切换开销较小。

另外介绍了并发编程中访问共享变量的信号量机制。给出了4类容易引起线程不安全的函数。
应试 ★★： 除应聘相关职位外，并发编程考的比较少，不过需要清楚锁机制和信号量机制等。
修炼 ★★★： 多线程程序在现今的开发中还是很常见的，但是本章介绍的比较简单，需要参考另外专门的书籍。