CSAPP 学习笔记 Chapter one

写在读书前

本学期之前就听过这本书的大名，一直没有机会好好读一读。正好到了大三下，课程稍微少了一些，能够留时间出来专门来读书。翻了一些别人推荐的书单，有算法的，计算机系统的，还有各个具体CS子方向的。到目前为止，操作系统、汇编、计算机组成原理等专业大课都已经学完，虽然对这些方面都有了较为系统的认知，但是对之间许多知识了解得还不够透彻，掌握不牢。加之到目前为止也有一定的代码量了，在很多问题实现时，也需要理解底层的一些知识。基于这样的一些原因，选择了CSAPP，综合了这几个学科，再认真地过一遍，不说融会贯通，至少把知识掌握得更加牢固，减少以后实践的潜在盲点。

打算这学期把这本书读完，做笔记也同时是一种自我监督。

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Chapter one

本章主要是一些概述性内容，但不乏很多精辟的总结。

1.1

1. “源程序实际上就是由值0和1组成的位(bit)序列”
   不止是源程序，所有x都是系统中的信息——包括磁盘文件、程序、用户数据、网络数据都是二进制序列，计算机能处理的也就是比特流。
2. “区别不同数据对象唯一方法是我们读到这些数据对象时的上下文，一个同样的字节序列，在不同的上下文中，可能表示一个整数、浮点数、字符串或者机器指令”
   计算机其实只能识别二进制0/1，并不知道比特流的真正含义，每个序列是什么意思都是人为规定的，设计人员规定好了每个比特序列的意思后，在设计底层硬件结构时进行表示转换，对上层提供统一的接口。

1.2

1. “对于一个C语言程序，每条C语言语句都要被其他程序转化为一些列的低级机器语言指令，将它们再按一种称为可执行目标程序的格式打包存放”
   这个翻译过程可以分为4个阶段：
   
   • 预处理：将头文件插入到程序中，得到另一个C程序
   • 编译：将C程序翻译成汇编语言程序
   • 汇编：将汇编语言程序翻译成机器语言指令，打包成可重定位目标程序的格式，保存到.o文件中
   • 链接：将程序中调用的其他模块(如printf函数)的.o文件与该文件合并，得到可执行目标文件，可以被系统执行，加载到内存中

1.4

1. “在unix系统上运行可执行文件，我们将文件名输入到称为外壳（shell）的应用程序中，它实际上是一个命令行解释器，输出一个提示符，等待输入一行命令，根据命令内容进行相应操作”
   shell其实就是一个应用程序
2. “控制器是置于I/O设备本身的或者系统的主板上的芯片组，而适配器则是一块插在主板插槽上的卡”
3. “主存是由一组动态随机存取存储器（DRAM）芯片组成的，逻辑上说就是一个线性的字节数组，数组索引就是地址”
4. “程序执行时，数据经过I/O桥到达CPU再到达主存，DMA可以省去经过CPU的这个过程，程序加载到主存后，逐条指令加载到CPU寄存器中，再送到相应位置（显示屏等）”

1.5

1. “系统花费了大量时间把信息从一个地方挪到另一个地方，这些复制就是开销，系统设计者的目标就是减少这样的开销”
2. “利用缓存的局部性原理可以减少开销”
   局部性原理就是当前执行指令的周围的执行很可能将要执行

1.6

1. “在CPU和主存间插入一个更小更快的存储设备能大大较少开销，多种不同类型的存储设备有机结合形成了存储体系”
   某一层的存储器作为低一级的高速缓存，CPU->Cache->主存->硬盘->网络服务器的存储器

1.7

1. “操作系统的抽象概念：文件是对I/O设备的抽象表示，虚拟存储器是对主存和磁盘I/O的抽象表示，进程是对处理器、主存和I/O设备的抽象表示”
   将这个概念抽象出来，隔绝了底层硬件，为上层用户提供统一接口
2. “并发执行，是指一个进程的指令和另一个进程指令交错执行，这种交错执行机制就是上下文切换”
   并发可以理解为一个单核CPU运行多个程序，而并行可以理解为一个多核CPU的每个核上运行单个程序
3. “虚拟存储器的基本思想，把一个进程的虚拟存储器的内容存储到磁盘上，用主存作为磁盘的高速缓存”
4. “文件就是字节序列”

1.8

1. “从单一计算机系统看，网络相当于一个I/O设备，系统将数据从主存放到网络适配器中，发送到网络中，接受过程类似”

1.9

1. “流水线中，将一条指令划分为不同步骤，硬件组织成一些列阶段，每个阶段执行一个步骤，这些阶段可以并行操作，处理一条指令的不同部分”