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出版者:清华大学

作者:(美)O.Otte P.Patrick M.Roy

出品人:

页数:158

译者:

出版时间:1999-10

价格:18.00元

装帧:

isbn号码:9787302037453

丛书系列:

图书标签:

• CORBA
• 分布式计算
• 中间件
• 对象请求代理
• 编程教程
• 软件开发
• 计算机科学
• 网络编程
• Java
• C++

《深入理解计算机系统》 一部全面解析现代计算机工作原理的权威著作 导言 在这个信息技术飞速发展的时代，软件的性能和可靠性越来越依赖于我们对底层硬件和系统软件的理解深度。然而，许多开发者满足于高级编程语言的抽象，却对程序在真实机器上如何执行、内存如何管理、指令如何被CPU处理等核心问题知之甚少。《深入理解计算机系统》（Computer Systems: A Programmer's Perspective，常被简称为 CS:APP）正是为了弥补这一知识鸿沟而诞生的里程碑式教材。 本书并非一本传统意义上的操作系统或编译原理的教科书，它以程序员的视角为核心，系统地、深入地剖析了计算机系统从硬件到软件的各个层次，阐明了硬件特性如何影响程序的性能、正确性和安全性。它建立了一个核心理念：优秀的程序员是能够将程序视为一个完整系统的工程师，他们理解代码在执行环境中的每一个细节。 第一部分：从底层到顶层——系统的抽象与视角 本书的开篇便为读者构建了一个清晰的系统概览。它从最基础的信息表示入手，探讨了数字在计算机中是如何被编码和存储的，包括整数（有符号和无符号）、浮点数（IEEE 754 标准）的表示方法及其带来的精度和溢出问题。理解这些底层表示，是确保程序在不同架构上行为一致性的关键。 随后，读者将进入汇编语言和程序的机器级表示的世界。这部分内容详述了 C 语言代码如何被编译成特定处理器架构（主要以 x86-64 架构为例）的机器指令。通过学习栈帧结构、函数调用约定、参数传递机制，读者将能够直接洞察程序执行的流程控制和数据流。掌握这些，不仅有助于调试复杂的段错误或内存访问违规，更能为理解编译器优化提供坚实的基础。 第二部分：处理器、内存与性能优化 系统的性能瓶颈往往隐藏在处理器与内存的交互之中。本书对此进行了深入的剖析： 处理器体系结构： 详细介绍了指令级并行（ILP）的概念，包括数据通路、控制单元的设计。重点讲解了数据依赖性和控制依赖性如何影响指令的并行执行，以及乱序执行和分支预测等现代处理器优化技术的工作原理。理解这些，才能写出真正发挥硬件潜能的代码。 内存和缓存层次结构： 这是全书最精彩也最具实践价值的部分之一。本书将缓存系统描述为一个多层级的存储体系，从速度最快但容量最小的 L1 缓存到速度最慢但容量最大的主存（DRAM）。通过引入局部性原理（时间局部性和空间局部性），解释了为什么程序访问数据的方式会直接决定其执行速度。读者将学习到缓存命中率、冲突不命中的成因，以及如何通过优化数据结构布局（如结构体成员重排、数组的循环解包）来显著提升缓存性能。 虚拟内存： 本部分将虚拟内存提升到了一个全新的高度。它不再仅仅是一个“扩大内存”的机制，而是操作系统提供的一种关键抽象，用于实现进程隔离、内存保护和高效的内存共享。书中细致讲解了页表、TLB（转换后援缓冲器）的工作机制，以及缺页中断（Page Fault）的发生与处理流程。这为理解进程的隔离性、动态链接库的加载机制提供了技术支撑。 第三部分：程序与系统之间的接口 程序的运行离不开与操作系统的交互。本书清晰地描绘了应用程序如何调用系统服务： 链接与加载： 解释了静态链接器（如 `ld`）如何将编译好的目标文件（`.o` 文件）与库文件（如 C 标准库）组合成一个可执行文件。更重要的是，它讲解了动态链接的工作方式，包括共享对象（`.so` 文件）的加载、位置无关代码（PIC）的原理，以及程序启动时动态链接器（Loader）所执行的复杂任务。 异常控制流： 程序执行并非总是线性的。本书系统地分类和解释了中断（Interrupts）、陷阱（Traps）和故障（Faults）这三种异常控制流。读者将深入理解系统调用（Syscalls）是如何工作的，即用户态程序如何通过特定的软件中断机制安全地请求内核服务，以及信号（Signals）如何在进程间进行异步事件通知。 第四部分：并发与网络编程 现代应用离不开多任务处理和网络通信。本书在系统层面探讨了这两个至关重要的主题： 并发编程： 介绍了实现并发的三种主要方法：进程、线程和多路 I/O 复用。对于线程编程，书中详细分析了并发编程中固有的挑战，如数据竞争、死锁、活锁和饥饿问题。随后，通过讲解各种同步机制（互斥锁、信号量、条件变量），指导读者如何编写正确且健壮的并发代码。理解这些，是构建高性能服务器和复杂桌面应用的基础。 网络编程： 采用标准的客户端-服务器（C/S）模型，从最底层的网络协议栈（TCP/IP）概念入手，过渡到套接字（Sockets）编程接口。书中详细演示了如何使用 POSIX 套接字 API 来构建可靠的网络应用，并对比了不同并发模型（如多进程、多线程、事件驱动模型）在处理高并发网络连接时的性能差异和编程复杂度。 结语 《深入理解计算机系统》的价值不仅在于其知识的广度和深度，更在于其贯穿始终的工程化思维。它将抽象的理论概念与具体的机器实现紧密结合，通过大量贴近实际的例子、精心设计的实验（Labs），鼓励读者亲手去观察、修改和测量代码在真实系统中的表现。 阅读本书，将使您从一个仅仅会编写代码的“用户”升级为能够理解、优化和设计复杂软件系统的“工程师”。它为所有希望在系统级软件开发、高性能计算、操作系统、编译器或网络安全领域深造的读者，奠定了不可或缺的坚实基础。这是一部值得反复研读的经典，每一次重读都会带来新的领悟。

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