董宇辉：读书让你更加深刻｜程序员必读的一本书

久负盛名的CSAPP（Computer Systems: A Programmer's Perspective）一直都是计算机界“圣经”般存在，本书主要是软件程序员角度来看待计算机系统，主要包括以下内容：

第一部分：程序结果和执行

• 数据如何在内存里面表示，计算机使用二进制表示整型、浮点数等；

• CPU交流语言：机器语言，通过汇编语言理解计算机CPU指令执行流程；

• 处理器体系结构，存储层次结构, 局部性原理, 性能优化；

第二部分：在系统上运行程序

• 编译,链接,库等原理和深入分析；

• 操作系统的使用，异常，进程，信号、虚拟内存，内存动态分配等；

第三部分：程序间的交互和通信

• 系统级IO，文件IO等；
  

• 网络编程，socket套接字原理；

• 并发编程，IO复用，多线程，同步和互斥（锁）等；

学习心得：

深入理解计算机系统内容包括几乎所有IT技术的原型，融汇计算机组成原理+操作系统+编译原理+网络，不可能短时间内完全参透其中的内功心法，读不完，读不懂，没关系，完全可以暂时放一放。这不是一本一下子就能完全读懂读透的书，希望你不断地学习，不断的去读。这样或许是读这本书的最好状态。慢慢你会发现，这些知识都是潜默移化的，会让你以后解决其他问题更快速，学习其他新知识更快。

一般需要我们：

1 课后需要查资料确认自己不确定的地方，对自己感兴趣可以加深一点。

2 查完资料还是没有理解的，需要及时提出来，请教他人，查缺补漏。

3 有时间就做课后习题，最好是花时间完成课后lab。

推荐学习网站：

https://fengmuzi2003.gitbook.io/csapp3e/

https://www.icourse163.org/course/NJU-1001625001?tid=1001698002

我总结了一些计算机系统的核心知识，包括理论知识和实际工作中的问题解决。

CPU

理论知识：CPU简单架构 汇编指令 流水线（乱序） 指令加速（向量等）多核（并行设计）cache CPU扩展架构（numa，异构系统）

实际工作：  

1 定位问题-反汇编查看

2 性能优化-指令精简CPI，预取，分支预测，cache miss优化

3 并行程序设计，原子操作/锁/无锁/内存屏障

内存

理论知识：物理内存管理 分页 虚拟内容管理  页表  MMU TLB 内存分配算法

实际工作：  

1 内存泄漏怎么定位？

2 怎么减少内存使用，内存空间优化？

3 内存分配性能优化—tcmalloc vs ptmalloc vs jemalloc，大页内存，COW（缺页异常） 页分配， 内存池（buddy （大内存）vs  slab （小内存）等。

磁盘

理论知识：磁盘类型 存储空间 虚拟内存交换文件系统  文件IO 消息队列 数据库

实际工作：  

1 文件IO优化（page cache，buff，零拷贝）

2 缓存，消息队列持久化优化

3 持久化空间和成本优化

4 数据库使用和优化

DMA和外设IO  

理论知识：总线 DMA IO 中断

实际工作： 

1 锁总线（并发）

2 总线带宽评估

3 DMA参数设置（DMA描述符寄存器等）

4 中断优化（亲和，聚合，均衡，上下部分）

编译连接  

理论知识：编译原理  字符串处理 正在表达式  链接  中间文件

实际工作： 

1 编译系统问题—编译器版本，命令行参数，选项，优化，编译脚本，依赖关系

2 编译问题-头文件路径（hook，打桩mock）

3 连接问题-库路径（符号，hook，打桩mock）  

4 运行问题-程序部署-动态库路径和版本号，环境依赖，打包，热补丁(动态库替换） 

程序运行原理

理论知识：可执行文件格式 程序加载 任务调度 执行环境（上下文） 进程空间  堆栈 

实际工作：  

1 crash问题处理，空指针，堆栈溢出，内存越界，内存被踩，死锁等

2 程序性能优化（系统裁剪(二进制文件大小优化)，任务调度优化—CPU亲和，CPU隔离(独占），调度算法选择，优先级调整）

3 程序调试（ GDB ），升级，热补丁。

操作系统

理论知识：系统调用（API接口）  资源管理（处理器-计算（调度子系统），内存-计算（内存子系统），网卡-网络（网络子系统），磁盘-存储（IO子系统））

实际工作： 

1 适配硬件（驱动，裁剪，低功耗，嵌入式）

2 性能优化（系统调参，零拷贝，bypass kernel）

3 系统观测 (系统工具，内核调试）

4 开发环境 (开发工具，命令行，脚本自动化）

应用编程（网络编程，并发多线程）

理论知识：网络分层模型  网络协议 socket接口 多线程 锁 标准库   

实际工作：  

1 网络编程问题（高并发，epoll，同步/异步，网络编程模型，异常处理）

2 多线程编程问题（互斥和同步，不同锁使用，线程安全，性能问题，多线程程序设计等）

3 编程性能优化（ 算法和数据结构优化（链表 vs 数组，hash vs 红黑树 vs skiplist），基于编译器优化（内联，cache对齐，字节对齐，优化选项Ox），基于操作系统级别代码优化（堆栈（栈空间 vs 堆空间），调度（调度实体选择，调度算法选择，优先级调整），内存分配（tcmalloc vs ptmalloc ，大页内存， 页分配 buddy （大内存）vs  slab 内存池（小内存）），IO（零拷贝，cache vs buffer ），基于硬件特性级别代码优化（CPU（超线程，预取，分支预测,cache 亲和（空间和时间局部性），NUMA），内存（内存对齐）,磁盘（追加写，数据有序，顺序IO，延迟更新，批量写入）), 架构优化设计(高内聚，低耦合，模块化，设计模式）

感兴趣的，可以参加今晚的直播，让我们一起来总结和回顾计算机系统的核心知识，以及如何做课后lab实验。

上期直播分享--深入理解计算机系统：

熬过绝望低谷，你便无人能敌

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