前言
前言本书(简称CS:APP)的主要读者是计算机科学家、计算机工程师,以及那些想通过学习计算机系统的内在运作而能够写出更好程序的人。

我们的目的是解释所有计算机系统的本质概念,并向你展示这些概念是如何实实在在地影响应用程序的正确性、性能和实用性的。其他的系统类书籍都是从构建者的角度来写的,讲述如何实现硬件或系统软件,包括操作系统、编译器和网络接口。而本书是从程序员的角度来写的,讲述应用程序员如何能够利用系统知识来编写出更好的程序。当然,学习一个计算机系统应该做些什么,是学习如何构建一个计算机系统的很好的出发点,所以,对于希望继续学习系统软硬件实现的人来说,本书也是一本很有价值的介绍性读物。大多数系统书籍还倾向于重点关注系统的某一个方面,比如:硬件架构、操作系统、编译器或者网络。本书则以程序员的视角统一覆盖了上述所有方面的内容。

如果你研究和领会了这本书里的概念,你将开始成为极少数的“牛人”,这些“牛人”知道事情是如何运作的,也知道当事情出现故障时如何修复。你写的程序将能够更好地利用操作系统和系统软件提供的功能,对各种操作条件和运行时参数都能正确操作,运行起来更快,并能避免出现使程序容易受到网络攻击的缺陷。同时,你也要做好更深入探究的准备,研究像编译器、计算机体系结构、操作系统、嵌入式系统、网络互联和网络安全这样的高级题目。

读者应具备的背景知识本书的重点是执行x86-64机器代码的系统。对英特尔及其竞争对手而言,x86-64是他们自1978年起,以8086微处理器为代表,不断进化的最新成果。按照英特尔微处理器产品线的命名规则,这类微处理器俗称为“x86”。随着半导体技术的演进,单芯片上集成了更多的晶体管,这些处理器的计算能力和内存容量有了很大的增长。在这个过程中,它们从处理16位字,发展到引入IA32处理器处理32位字,再到最近的x86-64处理64位字。

我们考虑的是这些机器如何在Linux操作系统上运行C语言程序。Linux是众多继承自最初由贝尔实验室开发的Unix的操作系统中的一种。这类操作系统的其他成员包括Solaris、FreeBSD和MacOS X。近年来,由于Posix和标准Unix规范的标准化努力,这些操作系统保持了高度兼容性。因此,本书内容几乎直接适用于这些“类Unix”操作系统。

文中包含大量已在Linux系统上编译和运行过的程序示例。我们假设你能访问一台这样的机器,并且能够登录,做一些诸如切换目录之类的简单操作。如果你的计算机运行的是Microsoft Windows系统,我们建议你选择安装一个虚拟机环境(例如VirtualBox或者VMWare),以便为一种操作系统(客户OS)编写的程序能在另一种系统(宿主OS)上运行。

我们还假设你对C和C++有一定的了解。如果你以前只有Java经验,那么你需要付出更多的努力来完成这种转换,不过我们也会帮助你。Java和C有相似的语法和控制语句。不过,有一些C语言的特性(特别是指针、显式的动态内存分配和格式化I/O)在Java中都是没有的。所幸的是,C是一个较小的语言,在Brian Kernighan和Dennis Ritchie经典的“K&R”文献中得到了清晰优美的描述\[61\]。无论你的编程背景如何,都应该考虑将K&R作为个人系统藏书的一部分。如果你只有使用解释性语言的经验,如Python、Ruby或Perl,那么在使用本书之前,需要花费一些时间来学习C。

本书的前几章揭示了C语言程序和它们相对应的机器语言程序之间的交互作用。机器语言示例都是用运行在x86-64处理器上的GNU GCC编译器生成的。我们不需要你以前有任何硬件、机器语言或是汇编语言编程的经验。

给C语言初学者  关于C编程语言的建议为了帮助C语言编程背景薄弱(或全无背景)的读者,我们在书中加入了这样一些专门的注释来突出C中一些特别重要的特性。我们假设你熟悉C++或Java。

如何阅读此书从程序员的角度学习计算机系统是如何工作的会非常有趣,主要是因为你可以主动地做这件事情。无论何时你学到一些新的东西,都可以马上试验并且直接看到运行结果。事实上,我们相信学习系统的唯一方法就是做(do)系统,即在真正的系统上解决具体的问题,或是编写和运行程序。

这个主题观念贯穿全书。当引入一个新概念时,将会有一个或多个练习题紧随其后,你应该马上做一做来检验你的理解。这些练习题的解答在每章的末尾。当你阅读时,尝试自己来解答每个问题,然后再查阅答案,看自己的答案是否正确。除第1章外,每章后面都有难度不同的家庭作业。对每个家庭作业题,我们标注了难度级别:

只需要几分钟。几乎或完全不需要编程。

可能需要将近20分钟。通常包括编写和测试一些代码。(许多都源自我们在考试中出的题目。)需要很大的努力,也许是1~2个小时。一般包括编写和测试大量的代码。

一个实验作业,需要将近10个小时。

文中每段代码示例都是由经过GCC编译的C程序直接生成并在Linux系统上进行了测试,没有任何人为的改动。当然,你的系统上GCC的版本可能不同,或者根本


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