深入理解计算机系统（序章）------谈程序员为什么要懂底层计算机结构

Posted 2020-10-06 YSOcean

　　万丈高楼平地起，计算机系统就像程序员金字塔的地基。理解了计算机系统的构造原理，在写程序的道路上才能越走越远。道理LZ很早就懂了，可是一直没下定决心好好钻研，或许是觉得日常工作中根本用不到这些，又或许是每次拿起书看到那些复杂的底层架构，看到存储器，寄存器，CPU，总线等等这些概念就头大。总之，由于各种各样的原因，对这块的知识一直没有认真花时间去钻研。那么你可能会问，那你写这篇博客的题目不就是准备学习这方面的知识吗？是的，LZ 准备下定决心钻研了，至于原因如下：

　　①、经常用一些不知其所以然的技术，会感到不安

　　　　大家可以看看LZ前面写的博客，很多都是对框架的用法进行总结，至于为什么这个框架要这么实现等等而涉及的很少。原因很简单，LZ 研究框架的源码很吃力。因为源码的实现往往涉及到多方面的的知识，比如设计模式，比如JDK的一些高级特性等等。LZ 是想做一个有梦想的咸鱼，但是每次看到很多不懂的东西，就深深的体会到现实与理想落差的痛苦，所以LZ下定决心要改变这种无力感。

　　②、在这个数据爆炸的年代，很多系统对于项目性能的优化有很高的要求。那么如何调优成为了程序员不可避免的问题，我们知道 Java 是运行在 JVM 上的，程序的调优那就需要对 JVM 有一定的了解。LZ 本来想直接研究 JVM 的，书都找好了------《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践》。但是 LZ 发现很难消化，理解起来特别困难，于是间接的将 LZ 推上了研究计算机系统的道路。

　　③、再就是如果你对计算机系统的构造不太了解，可能你平时写的程序都是错误的。

　　　　比如我们一直以为两个正数的和或者积一定为正，但是用二进制补码表示的正数和或者积却不一定；程序员和编译器不能用（x-y<0）来代替（x<y）,因为前者会产生溢出。甚至也不能用表达式（-y<-x）来代替，因为在二进制补码表示中负数和正数的范围是不一致的。算术溢出是造成程序错误和安全漏洞的一个常见根源。

　　④、第四个原因，这个也是最直接的原因。不知道大家是否了解大的互联网公司面试，比如阿里巴巴，腾讯这样的公司。他们面试对于基础的东西要求的很严格，你对这些东西的了解程度将直接决定你的面试成败。

　　　　比如：讲一下JVM的结构，TCP/IP的三次握手、四次挥手，淘宝用户的数据怎么满足高并发？等等。像这些问题，如果我们不懂计算机底层知识肯定是不能过关的。

　　⑤、树立正确的计算机世界观

　　　　培养一种心态，即计算机的一切是可以理解的，没有超出人类的智慧。即使有些问题你现阶段没有明白，但这些问题都是可以理解的，只是你时间不够，所以先放一下，等有时间再学习它们。这种心态可以防止你滑入无助的陷阱。 有时候你的潜意识会愚弄你，把很难做成的事情当成无法做成的事情。就像《肖申克的救赎》中表现的那样，一把很小的锤子也是可以砸开监狱的墙壁逃出来的。而Red第一次看到那个锤子时，他就认定了Andy肯定逃不出来了。而实际上Andy却用19年的时间确实把墙给凿开了，虽然其间各种艰辛，但是结局却很美好。

　　　　计算机科学与其他学科相比，好的地方在于，它是人创造的，它的原理没有超出我们人类的大脑的理解范围，它为什么这样设计，每一个做法都是有理由的。而那些发明它的人，有许多现在还活着，比如晶体管的发明者，硬盘的发明者，显示器、鼠标、键盘等的发明者，有些发明者虽然已经过世，但是有丰富详尽的记录，他不是一门有可能超出人类理解范围的科学，所以我们不要担心不能理解它。

　　　　其次 我们是程序员，不是造计算机的，我们也不需要对计算机的每一个部件都了解，我们只需要了解我们所写的程序在系统中的执行过程，以及计算机系统的构造对我们的程序代码有什么限制，有什么影响即可。

　　好了，说了这么多，其实是想告诉大家，做一只咸鱼很简单。但是LZ是想做一只有梦想的咸鱼。如果和LZ有同样想法的人，又一直下不定决心去学习的人，我们可以一起，互相监督，互相学习交流。

 

《深入理解计算机系统》

　　如题，LZ 学习是以《深入理解计算机系统》这本书为基础，我们还是要尊重作者，先来介绍一下作者：Randal E.Bryant：1981年在麻省理工学院获计算机科学博士学位，现任美国卡内基·梅隆大学计算机学院院长，是ACM和IEEE的双会士。

　　那么为什么要选择这本书呢？LZ也在网上找了很多这方面的教材，但是都不是太满意，不过当LZ看到这本书的时候却眼前一亮，这本书是从程序员视角全面剖析的实现细节，使读者深刻理解程序的行为，将所有计算机系统的相关知识融会贯通。注意是以程序员的角度来分析的，那么作为一个程序员，相对于市面上关于计算机系统的书，这个理解起来应该不会很困难。

　　其次这本书是以案例驱动为讲解顺序的。第一章就给我们详细的讲解了学习程序的万能入门级程序“Hello World” 在计算机是如何运行的。说实话，LZ 接触了 C 语言，C#，Java,php等，也都写过每种语言的 “Hello World”，但是到底在计算机中是怎么运行的，LZ 是完全不了解的。

　　LZ 后面打算根据自己的学习进度不定时更新《深入理解计算机系统》学习心得。

　　软件开发产业正在发生变化，它将不再需要更多的程序员，它需要的是高级匠师，这句话与大家共勉。