CSAPP筆記-第一章

時間 2019-12-12

標籤 csapp 筆記第一章简体版

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快速連接：

這一章沒有解決的問題 python
目錄與重點內容：shell

編譯系統數組

hello程序的運行過程緩存

高速緩存器網絡

操做系統數據結構

計算機系統的抽象多線程

Amdahl加速比定律公式架構

併發與並行併發

這一章術語（請ctrl+F正文內查找）：

位，字節，字符，文本，ASCII，文本文件，二級制文件，機器指令，可執行目標程序，編譯器GCC（缺省），編譯系統，預處理器，編譯器，彙編器，連接，總線，I/O，主板，適配器，控制器，主存，DRAM，邏輯，處理器，程序計數器，寄存器，ALU，加載，存儲，操做，跳轉，指令集，高速緩存，操做系統，抽象，進程，多核，併發，上下文切換，內核，系統調用，控制權，線程，虛擬內存，虛擬地址空間，堆（缺省），共享庫（缺省），用戶棧（缺省），內核虛擬內存（缺省），加速比，Amdahl定律，並行，併發，線程級併發，多核，超線程，指令集併發，SIMD並行，虛擬機函數

一個hello world程序的生命週期

#include <stdio.h>

int main(){
    printf("hello, world\n");
    return 0;
}

編譯系統：

編譯hello程序的過程
(1) 預處理階段：插入頭文件
(2) 編譯階段：編譯器翻譯，包含main函數定義的彙編語言程序

main:
    subq    $8, %rsp #一條低級機器語言指令
    movl    $.LCO, %edi
    call    puts
    movl    $0, %eax
    addq    $8, %rsp
    ret

(3) 彙編階段：彙編器翻譯成機器語言指令，打包成可重定位目標程序（relocatable object program）, 保存爲二進制文件

(4) 連接階段：連接器合併調用的printf函數，獲得可執行目標文件

shell: 命令行解釋器；運行hello程序，\(> ./hello\)
系統硬件組成

總線：總線傳送定長的字節塊（字，word），字長是基本的系統參數：32位系統是4個字節，64位系統是8個字節
I/O設備：每一個I/O設備都經過一個控制器（設備/系統主板上的芯片組）/適配器（插在設備/系統主板插槽上的卡）與I/0總線相連
主存：由一組動態隨機存取存儲器（DRAM）芯片組成。邏輯上，是一個線性字節數組。
處理器（CPU）：
模型 - 指令集架構。
下一條指令不必定和內存中剛執行的指令相鄰。

4.1 核心 - 大小爲一個字的寄存器，成爲程序計數器（PC），PC指向主存中某條機器語言指令（的地址）。

4.2 寄存器文件（register file）: 一個小的存儲設備，每一個寄存器單個字長

4.3 算數/邏輯單元（ALU）：計算新的數據和地址值

4.4 CPU在PC中指令要求下執行的操做：

加載 - 主存 -> 寄存器；
存儲 - 寄存器到主存；
操做 - 兩個寄存器 -> ALU運算 -> 一個寄存器；
跳轉 - 指令複製到PC

hello程序的運行過程（省略細節）

高速緩存存儲器（cache memory）

加快從主存中複製到寄存器的速度。

多級高速緩存：L1, L2, (L3), ...

能夠利用高速緩存將程序的性能提升一個數量級

存儲設備的層次：使用上一層存儲器做爲低一層存儲器的高速緩存

操做系統：應用程序 <--> 硬件

操做系統兩個基本功能：

（1）防止硬件被失控的應用程序濫用
（2）嚮應用程序提供簡單一致的機制來控制複雜的低級硬件設備

所以，操做系統有如下抽象：

進程：操做系統對一個正在運行的程序的一種抽象。
- 併發運行 - 一個進程的指令和另外一個進程的指令交錯執行。進程數多於CPU個數。CPU經過處理器在進程間的切換來實現併發。
- 這種交錯執行的機制稱爲上下文切換 - 保持跟蹤運行的狀態信息，即上下文（PC，寄存器當前值，主存內容等）。
- 內核（kernel，操做系統代碼常駐主存的部分，系統關係所有進程所用代碼和數據結構的集合）管理進程到進程的轉換。
  應用程序執行一條system call指令，將控制權傳遞給內核/操做系統。
  操做系統保留當前進程的上下文，建立應用程序的新進程以及上下文。
  操做系統將控制權傳給新進程（執行請求，返回應用程序）。
線程
一個進程由多個線程執行單元組成。線程運行在進程的上下文中（?），共享代碼和全局數據。
虛擬內存
一個抽象概念。進程的虛擬地址空間以下（每一個進程看到的內存都是一致的）：