如何阅读《深入理解计算机系统》？(文末送书)
时间：2021-08-19 15:30:18
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[导读]导读：如果你也读CS专业，如果你也不知道怎么回答“学计算机不就是学修电脑”这个CS系的宿命之问，推荐一定读一读《深入理解计算机系统》。《深入理解计算机系统》是一本什么样的书呢？两个字，经典。原因有二，第一，这书无数业界大牛推荐，第二，这书和你印象中的经典一样，给人的第一感觉就是厚...
导读：如果你也读CS专业，如果你也不知道怎么回答“学计算机不就是学修电脑”这个CS系的宿命之问，推荐一定读一读《深入理解计算机系统》。《深入理解计算机系统》是一本什么样的书呢？两个字，经典。原因有二，第一，这书无数业界大牛推荐，第二，这书和你印象中的经典一样，给人的第一感觉就是厚实。不过，厚实也很容易再给人一种感觉，那就是望而却步——你没准会想，这么厚的书，又是经典，是不是很难读？
大可放心，一点也不会。
经典也是有细分领域的，有很多书之所以经典，是因为对一些问题进行了很深入的探讨，而《深入理解计算机系统》的经典，我认为是把计算机中被分割成很多块的知识，用一本书一口气完整地全部整理出来。
1《深入理解计算机系统》为什么经典
我们先回想一下，计算机专业都开设有哪些专业课。首先肯定有编程，这个专业很大一部分工作是要给码农培养接班人。编程的一个重要环节是编译，那设计编译器要开一门课，叫编译原理。编译完了要运行，运行需要依赖硬件环境和软件环境，于是就有了计算机组成原理和操作系统。如果早个二三十年，计算机的知识体系到这就差不多了，不过现在可是网络时代，所以还得再加一门课，叫计算机网络。这还是往大了分，细分就更多了，光编程语言就有好几种，而且别忘了背后还有一堆的各种数学，就不细说了。
计算机技术蓬勃发展，学科体系自然枝繁叶茂，但学计算机很容易就像在追冰与火之歌一样，世界观太宏大支线剧情太多，眼前很难呈现出一幅完整的图景。所以当时我们学各门学科的时候，大家问的最多的不是学科本身的某个知识点，而是“为什么要学这门课”。刚才我把各个主要科目串了一串，读完应该会对各科之间的关系有一个更宏观的了解。
可是，光有这么一句话肯定还有很多问题没法解决。有没有一本书专从这个角度讲计算机科学呢？计算机科学有很多经典的书，但大多数都是专注各个领域的内部知识，不过好在还真有一本经典的书，是从计算机的角度来看待计算机，这就是《深入理解计算机系统》。
我当初读《深入理解计算机系统》，读完就是一个感觉，淋漓畅快。感觉脑子里很多零星的碎片，读完以后都拼在了一起。《深入理解计算机系统》书很厚，讲的也深入，但深入的是知识点与知识点之间的关联，也许很多正好都是你深感困扰的问题，读完很容易让你有种“哦，原来是这样”的感叹，节省了很多去苦苦思索的时间。写本文的时候我特意看了一下大家对《深入理解计算机系统》的书评，果然很多人感受和我一样，相见恨晚。
2《深入理解计算机系统》都写了什么
《深入理解计算机系统》这本书起源于卡内基梅隆大学（CMU）的一门课，叫计算机系统导论（ICS）。这门课相信计算机系的学生都不会陌生，一般都是作为第一门专业课开设的，内容基本就是回答大家刚入坑时最想知道的那个问题：学计算机都学些什么。对于我来说，这是当时唯一一门从计算机整体视角来开展介绍的课程，在那以后，我们就被扔进各个子学科里面扑腾，再也难一窥全貌。
《深入理解计算机系统》的作者们很谦虚，说这本书起源于ICS，但经过3版的不断扩充内容，涵盖范围已经很广，现在也可以作为计算机组成原理（ORG）和系统编程（SP）的教材，但我觉得，这本书的用途远不止于“教材”。
相信每个学完计算机的学生都会认同，学计算机，编程也好其它什么也好，最佳的方法就是动手，亲自动手做一次，比看什么书都掌握得牢靠。但是，这就带来一个悖论：学计算机，最好的方法就是去做一台计算机，计算机专业教的内容一言蔽之，确实就是怎样去制造计算机运行的各个所需部件，但限制条件非常多，真正动手撸一台计算机不太现实。
那怎么办呢？我经常在B站围观大牛完成各种精巧的小玩意，看了一遍，感觉自己也像是做了一遍，虽然肯定没有自己动手来得实在，不过肯定比只看纯描写要好得多。那我们是不是能退而求其次，“看”别人一个部件一个部件地撸一台计算机呢？《深入理解计算机系统》就是从这个理念出发写成了本书。
3《深入理解计算机系统》第3版都改了什么
《深入理解计算机系统》是一本经典书，现在已经出到了第3版，正好我手里第2版和第3版都有，顺手先一个比较。
总的来说，第3版基本沿用了第2版的框架，但也有不少变化。首先第3版有两个直观变化，一个是更厚了一点，一个是印刷更好看了，第2版是最经典的黑白印刷，第3版加入了蓝色，正好这本书里面很多代码图表，看起来更醒目了。
在内容上第3版也做了大量修改。第2版和第3版大概相差10年，在第2版上市的时候，IA32架构，也就是我们俗称的32位指令集还是主流，但到了现在，已经是64位指令集，也就是x86-64的天下了。第3版也体现了技术的变化，指令集的表现形式均采用64位。指令集是非常底层的东西，所以这部分牵涉了很多内容，书里都做了全面调整。
另一个内容上的大改动是API的升级，譬如在第11章，第3版用新的getaddrinfo和getnameinfo函数取代了老版的gethostbyname和gethostbyaddr。
此外还有不少细节上的调整甚至重写，也对一些容易让人困扰的知识点进行了扩充说明，总的来说阅读体验比上一版更好。4《深入理解计算机系统》漫游指南
《深入理解计算机系统》一共12章，分成程序结构和执行、在系统上运行程序和程序间的交互和通信三个部分，涉及了计算机技术的方方面面，横跨多个科目。下面我就毛遂自荐充当各位的导游，和大家一起逐章看看都讲了哪些内容。
第一章，章名就叫“计算机系统漫游”，可以认为是这本书的“计算机导论”课，以一个hello程序为主线，串起了从编代码到程序执行整个过程都经历了哪些环节。最后有一个知识点，叫“Amdahl定律”，研究各个部件的性能提升和整体性能提升的关系。
第二章，叫“信息的表示和处理”，介绍了一些数字逻辑的内容，也就是计算机的“计算”部分。计算可分为数值类型和运算类型两个组成部分，在数学体系里，数的类型有很多，譬如自然数、整数、有理数、无理数、代数数、超越数、实数等等，光数系都是数学里的重点研究对象，不过别担心，计算机里边就简单多了，目前只分为整数和浮点数两类。第二章也是“程序结构和执行”部分的第一章，往下都是从机器角度看程序构造。
第三章，叫“程序的机器级表示”，名字挺拗口，其实说的就是指令集的事。计算机专业一般不会为CPU指令集专门开一课，很多知识点和汇编语言说的内容重合，前面说的全面调整为x86-64体系，在这个部分体现得很充分。
第四章，叫“处理器体系结构”，讲的是CPU的工作原理。不要和上一章搞混了，CPU的指令集，和CPU本身的结构原理有关系，但不完全是一回事，这一章更多的是逻辑电路相关的内容，介绍诸如时钟周期、流水线等偏硬件内容。
第五章，叫“优化程序性能”，章名就已经很明确，划分知识点的话大部分属于编译原理范畴。我们上编译原理主要讲的是各种文法和实现诸如词法器这类的部件，不过这都属于基本功，真正的重点和难点在于优化。当然程序性能优化不止编译优化，这是一套体系，还有内存、存储等多个地方都可以进行优化。要想看编译原理的基本功部分，推荐看龙书。
第六章，叫“存储器层次结构”，就是我们所说的内存外存了，涉及磁盘构造、缓存设计等等问题。
第七章，叫“链接”，这是源码编译的一个重要环节。回忆一下编译原理对编译过程的介绍，源码编译不是直接从源码编译成目标代码，也就是不是直接生成机器码，而生成一种叫“中间代码”的产物。以中间代码为界，前面叫“前端”，对应的还有一个“后端”，就是通过中间代码最终生成目标代码，链接就是这个过程的一个重要环节。第七章也是“在系统上运行程序”部分的第一章，往下主要是从操作系统的角度看程序运行性的各种情况。
第八章，叫“异常控制流”，“异常”这个概念大家肯定都听过，不过这里主要指的是操作系统中的异常及中断的工作流程，不过也简要讨论了高级编程语言中的异常。
第九章，叫“虚拟内存”，虚拟内存在现代操作系统中非常重要，这一章主要讨论虚拟内存的各种管理机制，以及现在很热门的垃圾收集（GC），还延伸了一点安全人员很感兴趣的内存泄露方面的讨论。
第十章，叫“系统级IO”，主要介绍文件系统的读写等操作接口。要是能对文件系统本身多展开一点内容就更好了。这一章也是“程序间的交互和通信”部分的第一章，往下说的就都是各种IO了。
第十一章和第十二章分别介绍了“网络编程”和“并发编程”，至此主流的各种IO就全部介绍了一遍。5
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