《深入理解计算机系统》——Hello world到底经历了什么？
最近开始在看《深入理解计算机系统》，因为虽然每天在写代码，但实在有太多不明白的东西，很想从底层了解，写完的代码到底经历了怎样一段旅程，最终达到了页面上的效果，否则总觉得自己在闭着眼睛写代码，眼不盲心却盲，这种感觉实在痛苦，就让我从这本书中一探究竟。
#include
int main()
{
printf("hello, world\n");
} 接着要做的是，生成一个可执行的hello文件，叫做目标文件。因为我们使用的高级语言来编写代码，机器是看不懂的，需要先把高级语言翻译成机器能看懂的二进制语言；在Unix系统中，从源文件到目标文件的转化，是通过编译器的驱动程序来完成的，执行以下命令：
unix> gcc -o hello hello.c
命令执行过程中，一共经历了四步，最终生成可执行的目标文件hello，这四个步骤分别是：预处理，编译，汇编，链接。
具体过程如下图，截取自原书：
结合程序进行说明：
预处理：预处理器（cpp）；预处理就是把程序中引用文件，插入到当前文本文件中，比如开头的#include
编译：编译器（ccl）；编译这个阶段就比较重要了，我们平常使用的高级语言有很多种，C，C++，Java……，每种语言书写表达的方式不尽相同，如何把这些不同的语言统一转换成一种格式，让计算机理解他们要做的都是同一件事情呢？那就要靠编译器了！这里不同的语言使用的编译器也不相同，但要实现的功能是一致的。编译器中存在一个叫做“汇编语言程序”的东西，汇编语言大概是最接近机器语言的了，编译器要做的事情，就是把预处理完毕的hello.i文件翻译成汇编语言，生成的文件叫做hello.s；
汇编：汇编器（as）要做的呢，就是把编译生成的汇编语言，翻译成机器能读懂的二进制语言，叫做hello.o；
链接：链接器（ld）做了什么呢，看上图中代码调用了一个printf()函数，这是C编译器中的标准C库中的一个函数，单独保存在一个已经预编译好的printf.o文件中，链接器要做的就是把printf.o文件合并到我们的hello.o文件中，最终生成了可执行文件hello；
经历了这么一长串的东西，好像都还没到重点，所谓程序到底在计算机内部经历了什么，好像都还没说到呢~~~所谓盖高楼，一定要打好地基，想要深刻了解一样东西的原理，就必须要先了解与之相关的基础知识~~~
现在再来看看计算机的简单结构组成，这个就一目了然了，经常接触电脑的人应该都了解计算机的基本构成，cpu，主存储器（应该就是内存），磁盘，输入输出设备，他们用一个叫做总线的东西连接起来，互相传输数据。
这里只简单介绍一下CUP和主存：
CPU：cup就是中央处理单元，也是我们计算机的核心部分，就像是一个人的大脑部分一样，人没有大脑就无法思考，计算机没有cpu就无法运算。所谓程序，究其根本，其实解决的还是数学问题，cup要做的也就是加减乘除、与、或、非、异或的数学和逻辑运算。cpu是怎么样来进行这小学生的算术题运算呢？主要依赖的是cpu里面一个叫做ALU（arithmetic and logic unit，算术逻辑单元）的模块，里面大概就是一些门电路的器件，具体原理就要重读大学数电模电这本书了。ALU是个很聪明的小学生，很快完成了一道题的计算，怎么样获得下一道题呢，这就用到了另一个叫做PC（program counter，程序计数器），这里可不是个人电脑的那个pc。程序计数器PC指向了内存中某条指令的地址，cpu从pc指向的内存地址获取一条指令，指令执行完毕后，更新pc，使其指向下一条指令，当然这个指令的位置不一定跟上一条相邻。而寄存器用来存放一些指令、数据、地址等信息。cpu中还包括高速缓存，主要也是用来存放从内存中读取的一些数据等。
主存：主存就是一个临时处理设备，用来存放程序和程序的设备，就是一个以字节为单位的大数组。
好了，看完计算机的结构，我们马上就来说hello world；经过编译器一系列处理，最终生成的可执行目标文件hello，现在就储存在机器的硬盘上，也就是上图的磁盘位置。紧接着，我们要执行另一条命令，去调用这个可执行文件。
unix> ./hello
这个过程发生了什么呢？
首先，我们从键盘上输入./hello到shell命令窗口，书中把这个输入命令的窗口程序称为”外壳“，外壳是一个命令行解释器；输入每个字符都被逐一读取到CPU的寄存器中，然后被保存到存储器中，当我们敲回车时，证明命令结束，此时外壳就回去加载命令中指定的hello可执行目标文件，将文件的内容读取到主存储器中，此时代码的位置转移到主存中。
然后，等程序加载完毕，CPU处理器就开始发挥作用，执行hello中的main程序中的机器指令。将要输出的 "hello world\n" 字符串从主存读取到CUP的寄存器中；
最后，再把寄存器中的hello world字符串，复制到显示设备中，最终显示到屏幕上；
好啦，这就是我们写的第一个程序的奇妙旅程~~~~