《深入理解计算机系统》｜ 计算机系统漫游

［阅读本书的目的］

     我们傻傻的编写程序，其实并不知道计算机是如何将源代码文件编译链接成可执行的程序，也不知道指令是如何被加载，如何一条一条的执行，到最后显示出结果。在这一过程中，写代码的人如何能编写出健壮的代码、如何很好的利用操作系统的特性优化代码、发生了问题如何学会自己去分析，而不做拿来主义google式的程序猿。这本书也许是这些终极问题的最好解答，正如作者在开篇说的一样：“如果你全力投入学习本书的概念中去，完全理解底层计算机系统以及它对程序的影响，那么你将逐渐成为凤毛麟角的权威程序猿”。

［笔记内容］

     本章从一个程序的生命周期讲起，分别对程序的创建、编译、执行、输出、终止进行了详细的解读，从中引出了关于信息上下文、编译系统、高速缓存、操作系统等重要概念，并对上述问题进行了简单的讲解，其中作为程序猿应该要好好理解和利用的部分正是：高速缓存。

1.信息就是如何解释：

在我们编写程序源代码的时候，计算机系统其实为我们完成了源码与 ascii码的一一对应

其实在计算机系统的内部，所有的信息——包括磁盘文件、程序、以及网络中的数据都是由一串位表示的，区分不同信息的关键在于对于这些内容如何解释，就比如同样的一串01010101，可以解释成：整数、浮点数甚至指令。

2.编译系统

预处理－编译器－汇编器－链接器

这里简单讲解了从源程序：hello.c到可执行文件到四个阶段。每个阶段完成的工作和对应生成文件。

1］预处理的工作比较简单：对应的就是展开＃include中的.h头文件；

2］编译器其实包含了一个汇编语言程序，讲程序语言转化成汇编语言；

3］汇编阶段：生成可重定位的.o二进制目标文件，这一步完成汇编语言转机器指令；

4］链接阶段：合并许多的.o文件，主要是我们在源程序中用到过的如：printf.o

3.高速缓存

产生原因是：程序需要大量复制信息

举一个例子来讲述我们为什么需要高速缓存技术：“我们在月球上建立了一间厨房，可以做出许多美味的食物。由于月球离地球的距离太遥远，我们要炒一个番茄炒蛋，需要大老远大从地球上通过宇宙飞船运输过去，而厨师真正开始炒菜需要的时间并不多。如果这样来回的运输食材，厨师大部分时间上空闲的在等待食材，这对高薪聘请的厨师来说，实在是太浪费了。有没有什么办法能够加快厨师做菜的速度呢？在这个例子中厨师就相当于cpu，而食材就相当于数据，而解决方案就是：高速缓存”

我们先来看看没用高速缓存中一个程序的运行干了什么：

从程序的加载执行到最后显示结果：大量到复制信息

当我们从外壳执行hello程序的时候，首先是将程序的数据和代码从磁盘复制到主存，处理器开始执行指令，并将需要显示的数据从主存复制到寄存器中，最后需要显示是将寄存器的数据复制到显示设备，最终显示出来的。这些复制操作就是开销，减缓了程序真正的工作。因此就需要高速缓存技术：暂时集结区域。

我们来看看高速缓存存储器的位置：

高速缓存存储器

由于机械原理，访问速度越快的存储设备造价相对越高，拿硬盘和主存来说。硬盘的造价可能是主存的1000倍，但是访问的开销却要比主存大10000000倍。高速缓存就是为了存放可能经常访问到的数据，这就大大提高了访问的速度，减小了开销。

主要思想是：一层上的存储器作为低一层存储器的高速缓存

4.操作系统

操作系统是软硬件之间的抽象

操作系统提供了软件与硬件之间的一层抽象，既可以防止程序滥用硬件也方便了我们对于程序的编写。这里的抽象主要是指：1］对运行中程序的抽象（进程）；2］对于存储器的抽象（虚拟存储器）；3］对输入输出的抽象（文件）甚至包括网络；4］虚拟机等。

这里的很多内容都是简单的提了一下，后续章节中还有详细的讲解。

漫游至此，对于本书要讲解的内容有了大概的了解，本书的出发点是很好的，正如《圣经》约翰福音中说的一样：你们必晓得真理，真理必叫你们得以自由。