CSAPP 读书笔记(一)

氰化钾口服液

于 2025-03-06 13:36:31 发布

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分类专栏：计算机系统文章标签：缓存架构硬件架构

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`CSAPP` 读书笔记(一)

文章目录

- `CSAPP` 读书笔记(一)
- - Ⅰ. 计算机系统漫游
  - - 了解编译系统如何工作是大有益处的
    - **软件工具链lab**

依据它的原意Computer System A Programmer’s Perspective, 这本书的中翻<深入理解计算机系统>意思并不对, 它并不深入, 但是却足够广泛, 适合入门, 因为它是 CMU的计算机导论书籍.

去知乎扒了讨论帖, 貌似读这本书应该再配合食用 王爽<汇编原理>, 之前在b站看了点汇编的lab课程, 然后又读课本上32位微处理器的编程结构, 初步体会到: 汇编大部分真就是和寄存器打交道, 好多寄存器…

*读这本书主要是为了巩固坚实的基础认知/知识, 并为后面想进行的一生一芯lab做准备.

看的是CSAPP中文版电子书, 感谢译者.

Ⅰ. 计算机系统漫游

Q: 写了一个hello world c语言程序, 从点击运行到屏幕输出, 中间究竟发生了什么 ?

注意, 计算机程序的运行原理是:

预处理器cpp 编译器ccl 汇编器as 链接器ld

hello.c=> hello.i > hello.s> hello.o>hello.exe

源程序处理后的源程序汇编程序可重定位目标程序可执行目标程序

文本格式 || 二进制格式

预处理 Pre-Processing, 注意, 此阶段不检查语法错误

#include <stdio.h>	//告诉预处理器读取系统头文件stdio.h的内容,并把它直接插入程序文本中。得到另一个 C 程序,通常是以 .i 作为文件扩展名
int main(){
	printf("hello,world\n");
	return 0;
}

编译 Compiling, 为不同高级语言的不同编译器提供了通用的输出语言

main:	#一个main函数
    subq $8, %rsp
    movl $.LC0, %edi
    call puts
    movl $0, %eax
    addq $8, %rsp
    ret

汇编 Assembling, 将 hello.s 翻译成机器语言指令(17个字节长度的二进制形式的指令编码)

#如果打开hello.o将看到一堆01乱码

链接 Linking, 源程序调用了printf函数, 它已经被单独预编译好了printf.o, 需要链接器把该文件合并到hello.o 程序中.

*不过注意, 像Python、Ruby和Javascript这样的解释语言处理过程与上述不同.

之后可执行文件会被加载到磁盘中，等待由系统执行 (怎么执行的, 如下)

其内部的执行是在硬件上的.

在这里插入图片描述

软件===>硬件, 依靠着操作系统提供的服务。

例如, 在 Unix 操作系统上运行该可执行文件，我们将它的文件名输入到称为 shell 的应用程序中∶

./hello

shell 是一个命令行解释器.

它显示提示符，等待你输入一个命令行让它执行。若该命令行的第一个单词不是内置 shell 命令，那么 shell 就会假设这是一个可执行文件的名字，它将加载并运行这个文件。 (怎么加载的? 如下)

shell 经由CPU执行一系列指令, 将 hello 目标文件中的代码和数据: 利用DMA技术直接经由总线从磁盘复制到主存, 包括最终会被输出的字符串 “hello, world\n”。

接着, CPU(处理器)就开始执行 hello 程序的 main 程序中的机器语言指令(依据指令集架构)。这些指令将 “hello, world\n” 中的字节从主存 --经由寄存器 –复制到显示设备，最终显示在屏幕上。

于是你在显示屏上就可以看到输出: hello,world

注意, 从程序员的角度来看，上述过程的许多"复制"就是开销，减慢了程序“真正”的工作。我们希望复制能尽快完成。于是存储器分层思想, 以及cache高速缓存存储器 应运而生, 它可以将程序的性能提高一个数量级.

了解编译系统如何工作是大有益处的

深刻了解编译系统的工作有助于我们: 优化程序性能, 理解链接时出现的错误, 避免安全漏洞.

性能加速定律:

Amdahl 定律: 加速时系统某部分，其对整体性能的影响取决于该部分的 重要性α 和 加速程度k.

加速比S : S= 1 / [(1−α) + α/k]

软件工具链lab

当然上述的步骤在使用现成的IDE上点击运行就好了嗷, 但是想要摆脱对IDE的依赖, 就需要更深刻地了解它.

如Unix上从源文件===========>可执行文件, 会手动使用一套工具链来完成, 如GNU:

**GNU 工具链 **包含
GNU gcc：一个支持多种语言的编译器套件，例如 C/C++ 和 Objective-C/C++。
GNU make：用于编译和构建应用程序的自动化工具。
GNU Binutils：一套二进制实用工具，包括链接器和汇编器。
GNU 调试器 (GDB)。
…

#GNU = GNU's Not Unix GNU项目故事有着很宏大的目标.