csapp 不多说了。早就该读完了
计算机系统漫游
信息就是位 + 上下文
程序被程序翻译成不同的格式
了解编译系统
优化系统性能
看懂链接报错
避免安全漏洞
处理器读并解释存储在存储器中的指令
典型的系统硬件组织
总线bus 传word
IO
内存 DRAM
cache SRAM
程序结构和执行
信息的表示和处理
信息存储
寻址和字节顺序
大端小端
01 05 64 94 04 08 add %eax, 0x8049464
整数和浮点的不同表达
布尔袋鼠 ，布尔环，位运算
无符号与二进制补码 -128 127
无论哪种解码方式， 都是字节码的解释而已
扩展一个数字的位表示
零扩展
符号扩展
浮点
程序的机器级表示 基于IA32
反汇编
数据格式
字word 16位 double word 32位
三种GAS后缀，movb 字节 movw字 movl双字
操作指示符 operand
立即数 immediate $0x1F
寄存器 eax
存储器引用 地址
数据传送指令
mov
movl $0x4050, %eax
立即数 ->寄存器
movl %ebp, %esp
寄存器->寄存器
movl (%edi,%ecx), %eax
内存->寄存器
movl $-18, (%esp)
立即数->内存
movl %eax, -12(%ebp)
寄存器->内存
push %ebp
subl $4, %esp
movl %ebp,(%esp)
pop
movl (%esp), %eax
addl $4, %esp
算术和逻辑操作
加载有效地址 lea aka load effective address 我还以为是leave
xor %eax ,%eax 赋0
指令
效果
描述
leal S, D
D = &S
加载有效地址
incl/decl/negl/notl D
D=D@1
加一减一
add/sub/imul/xor/or/and S,D
控制
条件码
cmp test set
跳转
jmp je jg jl ja jb
跳转表
过程
栈帧
转移控制
call leave ret
;leave
movl %ebp, %esp
popl %ebp
寄存器使用惯例
%ebp %esp 必须保存
%eax %edx %ecx调用者保存寄存器caller save %ebx %esi %edi 被调用者保存寄存器 callee save
递归
数组？
movl (%edx, %eax, 4), %eax
指针运算 假设数组E的起始地址和索引i分别在%edx和 %ecx中
表达式
类型
值
汇编
E
int *
xe
movl %edx, %eax
E[0]
int
M[xe]
movl (%edx), %eax
E[i]
int
M[xe + 4i]
movl (%edx, %ecx, 4), %eax
&E[2]
int *
xe+8
leal 8(%edx), %eax
*(&E[i] + i)
int
M[xe+ 4i + 4i]
movl (%edx, %ecx), %eax
&E[i]-E
int
i
movl %ecx, %eax
数组循环
减少imul
优化递增变量
异类数据结构
编译时算好偏移
理解指针
越界
浮点算术
浮点寄存器
栈表达式求值用到的寄存器
c中嵌入汇编
处理器体系结构
定义一个简单的指令集，就叫它Y86吧
%eax, %ecx $edx %esi $edi %esp %ebp
条件码 ZF SF OF
程序计数器PC
存储器，内存，数组代替
汇编设计
mov按照mov的类别设计 irmovl(立即数 →寄存器) rrmovl(寄存器→寄存器) rmmovl(寄存器→内存) mrmovl (内存→寄存器)
opl addd sub and xor
jxx
call ,ret
pushl, popl
逻辑电路
布尔逻辑
存储器和时钟控制
集合关系
Y86的顺序实现
取指，fetch 从PC中拿到地址，从地址抽出指令指示符 icode ifun
解码decode 从寄存器里读
执行 execute 算术逻辑单元(ALU)执行指令指明的动作(ifun)或者移动栈指针或者跳转
访问内存memory
写回寄存器
更新PC
阶段
opl rA, rB
subl %edx, %edx
取指
icode:ifun <- M[PC]rA:rB <- M[PC+1]valP <- PC+2
icode:ifuicode:ifun <- M[0x00c] = 6:1rA:rB <- M[0x00d] = 2:3valP <- 0x00c+2 = 0x00e
解码
valA <- R[rA]valB <- R[rB]
valA <- R[%edx] = 9valB <- R[%ebx] = 21
执行
valE <- valB op valASet CC
valE <- 21 - 9 = 12ZF <- 0, SF <- 0 , OF <- 0
访存
写回
R[rB] <- valE
R[rB] <- valE = 12
更新PC
PC <- valP
PC <- valP=0x00e
其他流程类似，不过是获取值通过ALU实现
一种实现
时序
后面在设计电路了。理解PC
流水线的通用原理
时钟驱动组合逻辑
流水线过深，收益反而下降
指令控制
指令重排
预测PC
分支预测
hazard
data hazard
读写阶段不同造成寄存器错误
条件码
PC
存储器写回
control hazard
解决方案
stall nop nop 吞吐降低
转发
第四章真是太他妈复杂了。讲cpu 指令集 流水线怎么设计
优化程序性能
优化编译器的能力和局限
*xp += *yp; *xp+=&yp;和 *xp += 2* *yp 在xp=yp时优化效果不同，因为编译器必须假定指针使用不同的寄存器memory aliasing
表示程序性能，CPE
消除循环
循环不变量优化，经典问题了。
减少调用
消除不必要的寄存器引用
循环中访问指针可能不会被优化，导致多次访问指针。
降低循环开销
转换到指针代码
通过指针改善数组效率？
提高并行度
循环展开
这种优化的性能提升有上限。为什么？
分支预测和预判错误处罚
理解内存性能
save & load
设计。数据结构和算法影响性能
消除连续函数调用（浪费堆栈）以及计算放到循环外，不必要的寄存器引用以及引入临时变量保存中间结果
循环展开，迭代分割，数组换指针
确认和消除性能瓶颈
profiling -pg
内存层次结构
存储技术
DRAM 实现内存
SRAM 实现cache 弥补cpu内存之间的的差距，带来局部性
局部性
利用局部性
内存层次结构
cache 读成cash，卧槽，我一直读错了？？
cache的命中，缓存策略，置换策略LRU等等。这里的概念讲的很少。有专门的书讲这个
cache
cache set, cache line
direct-mapped cache
字选择，
行替换，击中直接替换当前行
这里细节比较复杂，还好有图说明。可以找出pdf来看。这里不解释了。看不懂。后面还有书来讲这个，到时候仔细看
set associative cache组相联
行替换，LRU/LFU
fully associative cache
做TLB
写
怎么写
写回write back 需要标志位dirty bit记录cache block是否被修改过
直写 write through
写不命中
写分配or写不分配
L1 icache dcache L2 university cache
性能指标
命中率/不命中率
命中时间
不命中惩罚 miss penalty
影响因素
cache越大越容易命中，但是增加命中时间
块儿越大命中率高一些，提高空间局部性，但是占用大，行数少，降低时间局部性
相连度，高相联度带来慢的速度，增加命中时间，但是高相联度冲突不命中影响低
L1直接映射，L2组项联，L3直接映射
写策略，直写快但是浪费，写回带宽高但是复杂
下层cache多用写回
cache-friendly
cache 对性能的影响
在系统上运行程序
链接
链接基本上都看过了。简单抽取新点子。不详细记录了
静态链接
符号解析
重定位
符号表
bss 记成better save space
name mangling，直译确实很糟糕。毁坏。。这个毁坏不是destroy，是把布压碎的那种毁坏。意译好一点或者别翻译了
全局符号处理，强弱符号。符号覆盖(hook)
符号依赖，注意库在后面。放在前面就被忽略
异常控制流
异常处理
异常表
类别
原因
异步？
返回行为
中断
IO设备的信号
异步
总是返回到下一条指令
陷阱 syscall
有意的异常
同步
总是返回到下一条指令
故障 缺页错误
潜在可恢复的错误
同步
可能返回到当前指令
终止 硬件错误
不可恢复的错误
同步
不会返回
异常号
描述
异常类型
0
除法错误
故障
13
一般保护故障
故障
14
缺页
故障
18
机器检查
终止
32~127
操作系统定义的异常
中断或陷阱
128
系统调用
陷阱
129~255
操作系统定义的异常
中断或陷阱
进程，多任务，抢占。时间片
用户模式和内核博士
/proc 访问内核数据 /proc/pid/maps老朋友 了
上下文切换
中断污染cache
系统调用和错误处理，错误会返回-1且标记errno，记得处理
进程控制
创建/终止，获取pid等等
fork细节
创建一次返回两次
并发执行
相同但是独立的地址空间，基于COW
文件共享，注意关闭
回收子进程
加载运行程序
信号
信号处理问题
信号被阻塞，直接返回
待处理的信号不会排队等待
系统调用可以被中断
有的系统被中断不重新运行
sigaction和setjmp处理信号。
号码
名字
默认行为
相应事件
1
SIGHUP
终止
终端挂起
2
SIGINT
终止
键盘中断
3
SIGQUIT
终止
键盘退出
4
SIGILL
终止
非法之灵
5
SIGTRAP
终止并dumping core
跟踪陷阱
6
SIGABRT
终止并dumping core
abort函数信号
7
SIGBUS
终止
bus err
8
SIGPFE
终止并dumping core
浮点异常
9
SIGKILL
终止
杀死程序
10
SIGUSR1
终止
用户自定义
11
SIGSEGV
终止并dumping core
段错误
12
SIGUSR2
终止
用户自定义
13
SIGPIPE
终止
向一个没有读的pipe里写，broken pipe
14
SIGALRM
终止
alarm函数信号
15
SIGTERM
终止
软件中指
16
SIGSTKFLT
终止
栈故障
17
SIGCHLD
忽略
子进程暂停or终止
18
SIGCONT
忽略
继续进程如果被暂停或终止
19
SIGSTOP
停止，直到下一个SIGCONT
不来自终端的暂停
20
SIGTSTP
停止，直到下一个SIGCONT
来自终端的暂停
21
SIGTTIN
停止，直到下一个SIGCONT
后台从终端读
22
SIGTTOU
停止，直到下一个SIGCONT
后台向终端写
23
SIGURG
忽略
socket紧急
24
SIGXCPU
终止
CPU时间限制超出
25
SIGXFSZS
终止
文件大小限制超出
26
SIGVTALRM
终止
虚拟定时器期满
27
SIGPROF
终止
剖析定时器期满
28
SIGWINCH
忽略
窗口大小变化
29
SIGIO
终止
某个描述符上可执行IO操作
30
SIGPWR
终止
电源故障
操作进程工具
strace 分析调用
ps看进程 top看资源
/proc
测量程序执行时间
主要介绍了采集数据的方法 counter，多次测量，基于gettimeofday精确时间等。非常粗略
虚拟内存
虚拟寻址 MMU做转换
VM 虚拟地址数组 映射VP
VP三个状态，未分配，缓存，未缓存
DRAM比SRAM慢十倍，相比缓存不命中要昂贵很多
全相联，任何虚拟页VP可以放在任何物理页PP中
替换策略很重要，替换错虚拟页代价(处罚)非常高
总是写回
页表
在上面的场景下，VP都在分配磁盘，可能缓存在内存中，（在内存中也可能有对应的物理页也有可能没有），管理各种VP，需要页表
子概念，页表项。注意下图的包含关系
页命中，上图中击中DRAM页，就会分配物理页，也就是命中
不命中，就是缺页，page fault，假如上图中击中vp3，就会牺牲一个vp，上面场景，没被访问的vp4倍淘汰，更新vp3
局部性，良好工作机不会产生磁盘流量，以及内存颠簸thrashing，频繁换入换出
VM 管理功能
多进程不同页表，物理页可共享
简化链接，简化共享代码段，简化内存分配，简化加载
VM作为内存保护工具
页表，页表项标志位控制，以及段错误保护
地址翻译
结合cache和VM内容较细，不讨论
利用TLB(translation lookaside buffer，不是透明大页)加速地址翻译，缓存一波vpe，代替走l1 cache
多级页表
内存映射
动态内存分配，以及碎片
分配器设计
伙伴系统
垃圾收集
标记清除法
有向可达图
常见内存错误
写错误地址，读未初始化内存，栈溢出，指针引用错误，误解指针运算，引用不存在的对象, 内存泄漏等等
程序间的交互与通信
这部分内容和一些书重复。简单列举一些没注意过的/重要的点
系统级IO
一切都是文件
size_t ssize_t系统函数多用ssize_t, 错误处理返回值是-1
read write的正确用法，这段代码很常见了
ssize_t readn(inf fd, void *usrbuf, size_t n){
size_t nleft = n;
ssize_t nread;
char *bufp = usrbuf;
while (nleft > 0) {
if ((nread = read(fd, bufp, nleft)) < 0) {
if (errno = EINTR)
nread = 0;
else
return -1;
} else if(nread == 0)
break;
nleft -= nread;
bufp += nread;
}
return (n - nleft);
}
ssize_t writen(inf fd, void *usrbuf, size_t n){
size_t nleft = n;
ssize_t nwritten;
char *bufp = usrbuf;
while (nleft > 0) {
if ((nwritten = write(fd, bufp, nleft)) < 0) {
if (errno = EINTR)
nwritten = 0;
else
return -1;
} else if(nread == 0)
break;
nleft -= nwritten;
bufp += nwritten;
}
return n;
}
读取元数据
共享文件
描述符表 文件表 vnode表
子进程集成fd，注意关闭
IO重定向 dup2
网络编程
cs模型
网络api
socket api
socket拿到fd
connect阻塞 对应tcp哪个阶段？
bind server端绑定
listen，server使用，等着
accept，server端真正的接受了client。accept返回前在tcp哪个阶段？
web服务器以及http事务
状态码
get post 等api
并发编程
基于进程的并发模型
进程间IPC
慢
处理子进程
处理SIGCHILD，在handler里waitpid
fork之前的fd需要关闭两遍
基于IO多路复用的并发模型
select
while select, 也不高效
事件驱动，写好handler，缺点是比较分散比较复杂
基于线程的并发模型
创建线程，detach干活。浪费
共享变量？需要线程之间同步，信号量，锁等等
基于线程的IO多路复用
并发性问题
线程安全
共享变量保护
不可重入函数
静态变量指针？
竞争
死锁
ref