《深入理解计算机系统》——读书笔记（一）
这本书从一个简单的C语言的hello程序讲起...
这是这个小程序的生命周期的一个部分：
hello程序，从被创建（文本格式），到被执行（在屏幕上打印出来）。
其间，有个翻译过程，即将高级程序语言（如这里的hello程序），翻译成计算机能理解的二进制语言。
这个翻译过程，分为四个阶段。
- 预处理阶段：预处理器根据以字符“#”开头的命令，修改原始的C程序（修改后，仍然是C程序）。比如上面 hello程序中的第一行中的#include<stdio.h>，这行语句告诉预处理器，让它读取 stdio.h 这个文件（实际上，这个文件即库函数，它提供了你所需要的函数和一些变量的声明），并把它插到hello程序的文本中。最后，得到一个在原有语句的基础上，增加了一些语句的C程序（hello.i）。
- 编译阶段：将高级程序语言翻译成汇编语言。一般说来，不同的高级程序语言（如C和Java），在经过编译后，得到的是一样的一样的汇编语言文件（hello.s）。
- 汇编阶段：将汇编语言翻译成机器语言（即只有0和1的二进制语言），此时，得到的是二进制文件（hello.o）
Plus：Java的字节码文件不是二进制文件。 - 链接阶段：可以看到，HelloWorld程序调用了printf()函数，该函数的函数原型（类似于函数头声明）在 stdio.h 文件中。这个函数的完整体存在于一个名为 printf.o 的文件中，而这个文件必须以某种方式合并到我们的hello.o 程序中。链接器的任务就是负责处理这种合并。结果得到 hello.exe文件，它是一个可执行目标文件（它可以被加载到计算机内存中，由系统执行）
我们为什么要知道编译系统是如何工作的呢？
- 优化程序性能。我们无需为了写出高效代码而去理解编译器的内部工作。但我们需要了解一些机器代码以及编译器将不同的C语句转化成机器代码的方式，以做出更好的编码方式选择。比如一个switch语句是否比一系列的if-else语句高效？while循环比for循环有效吗？等等。
- 理解编译时的错误，更快地解决问题。
- 避免安全漏洞。
刚才，我们讨论了 hello程序的被翻译的过程，接下来，我们进一步地讨论它被执行的过程。为了理解这个过程，我们需要一些系统硬件知识的铺垫。如下图所示，是一个典型系统的硬件组织图。
- I/O总线：贯穿整个系统的一组电子管道，它负责将固定大小的信息字节块在各个部件间进行传输。一般来说，信息字节块的大小不是4个字节（对应32位），就是8个字节（对应64位）。
- I/O设备（总线下方）：I/O（输入/输出）设备是系统与外部世界的联系通道。比如上图的：鼠标、键盘、显示器、磁盘都属于I/O设备。这些设备通过控制器或适配器与I/O总线相连。控制器和适配器的区别在于它们的封装方式。控制器是电脑主板上的芯片组，而适配器则是一块插在电脑主板插槽上的卡。但无论如何，它们的功能都是在总线和I/O设备之间传递信息。
- 主存储器（总线右上方）：
- 中央处理器（CPU）：简称处理器，是解释（或执行）储存在主存中的指令的引擎。CPU的核心是一个大小为一个字节的储存设备，寄存器（又称为程序计数器PC），它存放了当前正在执行的指令（在主存中）的地址，以及下一条指令（在主存中）的地址。
