《深入理解计算机系统》到底怎样学？

Posted 2021-11-23 程序员cxuan

原文链接 ：被 CSAPP 虐了

最近两个周末去图书馆刷 CSAPP 完全停不下来啊，这种看不懂却还是强忍着痛苦硬逼着自己去看的感觉，真让我着迷。

这本书从真正意义上让我体会到了什么叫做看书五分钟，休息俩小时。

不过大家可千万别学我，我相信在坐的各位绝对比我牛批，为什么？因为后面我给你推荐了一款神器，那么首先我们先来介绍一下这本书。

这本书总共分成十二个章节，我给你绘制了一个思维导图，比较简单明了。

第一章是提纲挈领性质的一章，从一个 hello world 程序来引出 C、引出 UNIX、Linux ，引出 C 语言程序的编译过程，引出高速缓存、系统的硬件组成、存储结构、虚拟内存、网络编程、并发编程，非常 cool。第一章的内容虽然不难理解，却是能让人涨自信心的一章，这一章能让你产生一种激动的心情，因为内容不难，但是却能够开拓你的思路，把你的知识体系串联起来。

第一部分

第二章的内容比较枯燥，我个人认为需要一定的 C 语言基础，虽然这本书的简介中说如果你有 Java 基础的话。。。。。。

还是有点难顶的，所以建议学一波 C 。

别挡我，C 语言我来了，这里推荐两本 C 语言的书吧，第一本书 《C Primer Plus》 这本书是把 C 语言揉碎了手把手教你，另外《C 程序设计语言》也不错。

第二章主要讲的是计算机中数据的存储方式，基本的数据类型和各种补码、反码的表示方式。总之看这一章如果不了解 C 的话，有点昏昏欲睡（原因是可能不太懂），但实际上第二章写的很不错，当你阅读了本书的第二章之后，也许会发现，你所谓的（懂）只是你的一厢情愿而已，数值系统远没有你想象的那么简单。

第三章是程序的机器级表示，如果你把 C 学的差不多了之后（其实如果单看第二章的话，把 C 语言数据类型恶、运算恶补一下即可），那么恭喜你，接下来你要学习一下汇编了，否则你根本看不懂第三章在说什么（别问我为什么知道的，因为我也看不懂）。你可能想知道诸如 pushq、movq、call、popq、ret、%rbx、%rdx 等等都是干嘛的，还有汇编是如何编写的。而且你还要懂 C 语言。

这么看来这本书根本就不是一本为初学者准备的书，也可以说是初学者的劝退书。

第四章又是一个打开新世界大门的一章，这章会直接从各种电路开始搞起，这 TM 马上就直接奔硬件了！主要讲了 Y86-64 体系、各种门电路、引出计算机流水线的设计。毕竟现代微处理器可以称得上是人类创造出的最复杂的系统之一。也会给你讲解各种指令集的区别。

与这一章节相关的书籍，可以看看《计算机组成与设计：软件/硬件接口》还有《编码》这两本书，都非常好，非常透彻。

这一章也会和你聊聊指令集架构，这些架构和宏观意义上的应用层架构不一样，非常复杂，比如下面这个 ARM 架构

这本书是一个值得熟读 N 遍的一本书。

第五章：优化程序性能，现在普遍意义上提到的各种优化，不论是架构层优化、指令集优化等核心都离不开这一章所介绍的内容。优化的难点在于你需要对系统有充分理解，当然了在你做优化之前首先要保证原始程序功能正确（并且有回归测试），否则一切都是徒劳。比如你需要了解现在系统存在的性能瓶颈，才能系统性的进行优化，你才能够编写高效的程序。

编写高效程序需要做到下面这几点：

• 选择适当的数据结构和算法。
• 编写出编译器能够有效优化以转换成可执行代码的源代码。
• 任务拆分，采用并行计算的方式。

第六章：存储器层次结构，这一章会向你介绍存储技术的发展，磁盘、主存、高速缓存的性能差距到底有多大，然后介绍局部性原理，一项非常强大的缓存技术。高速缓存读写是如何映射的，高速缓存不同参数的性能影响，如何编写高速缓存又好的代码，存储器山是个什么概念，以及你会见到封面的插图。

看这一章的时候强烈建议把 Ulrich Drepper 撰写的长达 114 页的经典论文 What Every Programmer Should Know About Memory 看了。

以上就是 CSAPP 的第一部分，第一部分主要介绍了程序和硬件之间的交互关系。

而第二部分则专注于程序和操作系统之间的交互关系，你会学到如何使用操作系统提供的服务来构建系统级程序。

第二部分

第七章：链接，我们使用 Linux 的时候，很多情况下会出现很多难以理解的错误，其中很多都是链接错误。链接分为静态链接和动态链接，我们写的 C 程序在执行的过程中都会经过链接阶段。

除了这一章内容之外，大家也可以看一下一本把链接讲的非常透彻的一本书：《程序员的自我修养 – 链接, 装载与库》，主要讲授代码指令是如何保存的，库文件如何与应用程序代码静态链接，应用程序如何被装载到内存中并开始运行，动态链接如何实现，C/C++运行库的工作原理，以及操作系统提供的系统服务是如何被调用的。非常好的一本国产书。

第八章：异常控制流，世界上不会存在完美运行的程序，任何程序都会出错，这些错误可能是线程执行过程中出错、可能是系统调用异常、页面映射错误等等。这一章会向你介绍各种异常出现之后，操作系统是如何处理的。

第九章：虚拟内存，虚拟内存其实是存储器层次结构的衍生，至于为什么单独拿一章来说，因为虚拟内存太重要了。这一章会向你介绍为什么我们的计算机内存只有 8G（或其他）却能够运行自身数倍以上的程序。虚拟内存有的时候也是面试官比较爱问的一个点：虚拟内存是如何映射的，什么是页框、页表诸如此类。

第三部分

第三部分主要介绍程序间的相互通信，主要包括 IO、网络编程和并发编程。

IO 这部分介绍类 Unix 系统下的 I/O 读写，主要介绍系统层面的 I/O 接口。

今天互联网中的大千世界都立足于 TCP/IP 协议之上，Socket 甚至已经成为了网络编程的同义词。这部分主要向你介绍了网络的变迁，什么客户端-服务器编程模型、Web 服务器，最后再带你写一个 Web 服务器。

网络这部分内容远比这一章节介绍的复杂，网络这部分内容给大家推荐几本书：《计算机网络：自顶向下方法》、《TCP/IP 详解》，《UNIX 网络编程》。

你一定要知道的是 W. Richard Stevens，他的个人网站 http://www.kohala.com/start/

并发这一章节主要介绍了 C 中如何编写并发程序，如何榨干 CPU ，让其发挥峰值性能。

推荐一个网站

读 csapp 这本书还是需要一定基础的，而且读起来不是那么容易（起码对于我来说是这样的）。

不过，业界还是有一些好资源，能让你更快的深入这本书。

给大家推荐一个网站，https://fengmuzi2003.gitbook.io/csapp3e/

这个网站可以理解为是 CSAPP 的导读网站，对每一章都进行了介绍，而且推荐了一些不错的资源。

比如他分享的深入理解计算机系统的 B 站课程。

看到这里有没有心潮澎湃的要马上学起来呢？

还有一些电子书的下载渠道：

CSAPP 不管是中英版本都有一些勘误，有一些已经改正了，有一些还没改，大家可以在 http://www.yiligong.org/csapp3e/ 反馈你见到的勘误，有一些是影响阅读的，但是有一些是影响理解的。

这里给大家一个小提示，我粗略过了一遍，就拿中文版的《深入理解计算机系统》来说，大家可以看一下最开头处的印刷时间，然后针对这些勘误的提出时间进行比较，在印刷之前的很多勘误已经得到修正了。

也就是说，对于这个网站的使用方法，大家可以从后往前看。

总结

上面只是我对这本书一个粗俗的理解，书我还没看完，不过我已经有相关 C 语言、汇编语言的学习计划了，另外，知乎上有一个对 《如何阅读深入浅出计算机系统》 的一个总结性回答，https://www.zhihu.com/question/20402534/answer/1670374116 我认为还是非常好的。

这个回答里面有练习题的答案，还有学习这本书需要的前置知识，这个回答给我的感觉是答主已经刷过几遍了，作为过来人的经验还是值得学习的。

最最最重要的就是做实验，你可以在 http://csapp.cs.cmu.edu/3e/labs.html 上找到 csapp 的所有实验。

最后给大家推荐一下我自己的 Github https://github.com/crisxuan/bestJavaer ，里面有非常多的硬核文章，绝对会对你有帮助。