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出版者:Free Software Foundation

作者:Richard Stallman

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1996-12

价格:USD 20.00

装帧:Paperback

isbn号码:9781882114092

丛书系列:

图书标签:

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《深入理解计算机系统：从硬件到软件的全面解析》 书籍简介 在这部宏大而深入的著作中，我们将带领读者穿越现代计算机系统的复杂迷宫，从最底层的硬件架构到用户可感知的应用软件层面，进行一次全面而透彻的探索。本书旨在构建一座坚实的桥梁，连接理论知识与实际操作，让读者不仅“知道”计算机是如何工作的，更能“理解”其背后的设计哲学和运行机制。 第一部分：数字世界的基础——硬件与数据表示 本书的起点是数字世界的基石。我们将从最基本的逻辑门和布尔代数出发，逐步构建起复杂的组合逻辑和时序逻辑电路。深入剖析现代处理器（CPU）的核心架构，包括指令集架构（ISA）的设计原则，如RISC与CISC的权衡，以及流水线技术（Pipelining）如何实现指令并行执行的性能飞跃。 数据表示方面，本书将详尽阐述二进制、八进制和十六进制的转换机制，并聚焦于浮点数的IEEE 754标准。我们不仅会展示如何存储和计算实数，还会深入探讨因精度限制可能导致的陷阱和溢出问题，这对于编写高精度计算代码至关重要。内存层次结构是性能的关键所在，我们将详细分析寄存器、高速缓存（Cache）的工作原理，包括多级缓存的组织、替换策略（如LRU）以及缓存一致性协议（Cache Coherence Protocols）在多核系统中的作用。理解缓存的组织方式，是优化任何程序性能的第一步。 第二部分：机器级代码与程序执行 在理解了硬件基础后，我们将进入程序执行的微观世界。本部分重点剖析汇编语言——连接高级语言与机器指令的桥梁。我们将选择主流的x86-64架构作为主要分析对象，讲解寄存器的作用、指令格式、寻址模式，以及如何将C语言的结构体和数组映射到内存布局中。 栈（Stack）和堆（Heap）是动态内存管理的核心。本书将细致入微地展示函数调用过程，包括栈帧的建立与销毁、参数传递机制、返回地址的保存，以及局部变量和临时变量的存储。同时，我们将深入探讨动态内存分配器（如`malloc`和`free`）的内部工作机制，分析其如何处理内存碎片化问题，并对比不同分配算法的效率与局限性。理解这些底层机制，是编写安全、高效且无内存泄漏程序的先决条件。 第三部分：操作系统——资源的管理者 操作系统（OS）是现代计算系统的核心管理层。本部分将系统性地介绍操作系统的主要功能和设计理念。 进程与线程管理： 我们将探讨进程与线程的区别、上下文切换的开销，以及操作系统如何通过调度算法（如分时、优先级调度）来管理并发执行的任务，确保系统的公平性和响应性。 虚拟内存： 虚拟内存是现代操作系统最伟大的发明之一。本书将详述分页（Paging）和分段（Segmentation）机制如何为每个进程提供一个独立的、连续的地址空间，并解释TLB（Translation Lookaside Buffer）在加速地址翻译中的关键作用。同时，我们会深入研究缺页中断（Page Fault）的处理流程，以及如何利用交换空间（Swap Space）来处理内存压力。 I/O系统与文件系统： 输入/输出操作的效率直接影响用户体验。我们将剖析中断驱动I/O、DMA（直接内存访问）的工作方式。文件系统方面，我们将探究日志文件系统（如ext4, NTFS）的结构、数据块的分配策略，以及如何保证数据在系统崩溃后的持久性和一致性。 第四部分：编译、链接与加载 高级语言代码如何转化为可执行文件是一个复杂而精妙的过程。本部分将跟踪源代码的生命周期。 编译器： 介绍预处理、词法分析、语法分析、语义分析和代码生成的完整流程。重点分析优化技术，例如循环展开、常量折叠和死代码消除，这些优化如何影响最终机器代码的执行效率。 链接器与加载器： 静态链接与动态链接的对比是本部分的重点。我们将详细解析目标文件（Object Files）的格式（如ELF），重定位（Relocation）的过程，以及库文件（静态库.a和动态库.so/.dll）如何在运行时解析符号引用。理解动态链接的好处（共享库、延迟加载）和潜在的依赖问题，是构建复杂软件系统的基础。 第五部分：网络通信与分布式计算 在当今互联的世界中，理解网络协议栈至关重要。本书将系统地梳理TCP/IP协议簇。 网络基础： 从以太网帧到IP寻址，再到路由器的工作原理，我们为网络通信打下坚实基础。 传输层： 重点分析TCP的可靠性保证机制，包括三次握手、四次挥手、滑动窗口协议、拥塞控制算法（如慢启动和拥塞避免），以及UDP的无连接特性。 应用层协议： 简要介绍HTTP协议的请求/响应模型，以及如何利用这些底层机制构建高效的网络应用。 第六部分：并发编程与系统安全 随着多核处理器的普及，并发编程成为衡量软件质量的重要标准。本部分将探讨并发带来的挑战。 并发模型： 介绍多线程编程中的共享数据访问问题，深入分析互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）、条件变量等同步原语的正确使用方法，以及如何避免死锁和活锁。 系统安全基础： 我们将探讨缓冲区溢出（Buffer Overflow）攻击是如何利用栈或堆的结构弱点进行代码注入的。同时，介绍防御性编程实践，如输入验证、栈保护（Stack Canaries）以及地址空间布局随机化（ASLR）等操作系统层面的安全机制，以期构建更健壮的系统。 总结 《深入理解计算机系统：从硬件到软件的全面解析》不仅是一本教科书，更是一张通往计算机科学核心知识体系的地图。它要求读者具备一定的编程基础，但承诺将回报以对计算过程的深刻洞察力。掌握这些知识，将使读者有能力调试性能瓶颈、诊断复杂的系统级错误，并设计出高效、可靠且安全的下一代软件系统。本书旨在培养能够站在系统视角思考问题的工程师和研究人员。

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这本书，光是拿到手里，那种厚重感就让人肃然起敬，封面设计得极其专业，没有花里胡哨的装饰，直奔主题——效率和深度。我花了整整一周的时间，才把前几章啃完，每一次深入，都感觉像是走进了一个错综复杂的迷宫，但作者的引导又异常清晰，仿佛手里握着一张精确的地图。尤其是关于内存泄漏的章节，那些晦涩难懂的指针操作和地址解析，居然被阐述得如同散文一般流畅易懂。我过去一直对某些底层调试机制感到头疼，总觉得隔着一层厚厚的玻璃看不真切，而这本书像是为我架起了一座透明的桥梁，让我能够直接“触摸”到程序运行的脉络。它不仅仅是罗列命令，更像是在传授一种“调试哲学”，教你如何像侦探一样去观察、去假设、去验证。书中穿插的那些实际案例，无一不贴近真实世界的开发痛点，读起来让人拍案叫绝，感叹作者的经验之丰富。如果你真的想告别那种“猜谜式”的调试，这本书绝对是你的终极武器，它提升的不是你解决问题的速度，而是你理解问题本质的能力。

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说实话，这本书的开篇节奏稍显缓慢，可能对于那些急于上手、只想复制粘贴命令的“速食型”读者来说，会有些不耐烦。但请相信我，这种“慢”，恰恰是它最精妙之处。作者并没有急着把你拽入那些眼花缭乱的命令行世界，而是先为你打下坚实的理论地基，让你明白每一个调试动作背后的原理。例如，书中对信号处理机制的详尽剖析，我过去在其他资料中看到的都是一笔带过，而这里却用了整整一个单元进行深度挖掘，从信号的产生、传递到最终的处理流程，丝丝入扣。读完之后，我再去看系统日志，那些原本模糊不清的异常提示，现在都变得逻辑分明，仿佛被作者的魔杖点亮了一般。它教会了我如何预判潜在的崩溃点，而不是等到程序“咣当”一声倒地后再去收拾残局。这本书的价值在于其体系的完整性，它构建了一个完整的调试知识框架，让你在面对任何复杂场景时，都能找到立足点。

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从一个纯粹的工具手册的角度来看，这本书的覆盖面广度令人咋舌。它似乎不仅仅局限于某个特定平台或特定语言的调试，而是深入挖掘了底层工具链的工作原理，使得所学知识具有极强的迁移性。我过去在Linux环境下使用得心应手的调试技巧，读完这本书后，我发现自己能更高效地将其应用于跨平台开发中，因为我已经理解了背后核心的操作系统交互机制。书中对调试器内部工作原理的剖析，比如如何与内核进行交互以设置硬件断点，这些内容让我对整个软件工程的深度有了全新的认识。这本书不是那种读完一遍就能束之高阁的参考书，更像是一本需要反复翻阅、随时在项目瓶颈期拿出来“对症下药”的宝典。它的价值，在于它能让你在面对那些“无法重现”的、随机发生的崩溃时，不再感到无助和恐慌，而是胸有成竹地开始系统性的排查。

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这本书的排版和索引设计，体现了出版方对读者的尊重。虽然内容极其硬核，但整体阅读体验却出奇地流畅。我特别喜欢它在关键概念后设置的“深入思考”栏目，这些小小的提示往往能引导你从完全不同的角度去审视问题。比如，在讲解栈回溯（Stack Trace）的解析时，作者不仅关注了函数调用顺序，还扩展到了寄存器状态的分析，这对于理解编译器优化对调试过程的影响至关重要。我过去一直认为，只要能看到函数名和行号就足够了，但这本书让我明白，真正的专家会去探究寄存器里到底存了什么“秘密”。而且，书中的示例代码都是精简且高度可复现的，我每读到一个新的技巧，都会立刻在自己的开发环境中进行尝试和修改，这种即时反馈机制极大地巩固了学习效果。可以说，它将晦涩的技术文档转化成了一份可执行的行动指南。

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我购买这本书的初衷，其实是想解决一个困扰我三个月的多线程死锁问题。市面上关于并发编程的书很多，但专门针对并发调试的深度资料却凤毛麟角。这本书的“并发调试”章节，简直就是为我量身定做的救命稻草。作者用非常生动的语言描述了竞态条件（Race Condition）的隐蔽性和危害性，并通过一系列精心设计的代码片段，演示了如何利用高级断点和条件触发机制，精准定位那些“幽灵般的”时间依赖错误。最让我震撼的是，书中介绍的那些非侵入式调试技巧，比如如何远程附加到正在运行的生产环境进程上进行分析而又不影响服务可用性，这些都是教科书上看不到的实战绝学。读这本书，我感觉自己正在跟随一位身经百战的老兵，他不仅仅是展示了工具的使用，更是在传授如何在压力之下保持冷静和清晰的头脑，这对于任何涉及高性能或高可靠性系统的开发者来说，都是无价的财富。

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