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第 1 章 计算机系统漫游

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1、程序编译过程

Unix 系统上，编译命令为 gcc -o hello hello.c

编译过程分为预处理、编译、汇编、链接 4 个阶段，如下图：

编译系统组成：

• 预处理器：将程序所包含的系统头文件插入到程序文本中，得到 .i 文件。
• 编译器：将 .i 文件编译为汇编程序，得到 .s 文件。
• 汇编器：将 .s 文件翻译为机器语言指令，这些指令打包成可重定位目标程序，得到 .o 文件。
• 链接器：将程序包含的 C 标准库中的函数（预编译的目标文件文件）合并到 .o 文件上，得到无后缀可执行文件。

2、从终端输入 ./hello 到程序执行完成发生了什么？

reference：CS：APPv3 P7

1. shell 程序执行它的指令，等待我们输入命令
2. 在键盘输入字符串 ”./hello“，shell 程序将字符串逐一读入寄存器，然后在把它存放到内存中
3. 敲入回车键后，shell 程序知道我们结束了命令的输入
4. shell 程序执行一系列命令从磁盘中加载可执行 hello 文件，将 hello 目标文件中的代码和数据从磁盘复制到内存（此处执行的实际上是进程创建工作，更多细节可参考相关资料）
5. 处理器开始执行 hello 程序中的 main 函数的机器语言指令（此处实际上还存在进程上下文切换问题）
6. 这些指令完成的工作是：将 hello world! 字符串从内存复制到寄存器；再从寄存器复制到显示设备；最终显示在屏幕上
7. hello 程序执行完成，处理器继续执行 shell 程序代码，等待用户输入

3、存储层次

4、计算机系统中抽象的重要性

• 指令集架构是对处理器硬件的抽象
• 文件是对 I/O 设备的抽象
• 虚拟内存是对程序存储器（主存和磁盘）的抽象
• 进程是对一个正在运行的程序的抽象
• 虚拟机是对整个计算机的抽象，包括操作系统、处理器和程序

5、操作系统

文件是对 I/O 设备的抽象，虚拟内存是对主存和 I/O 设备的抽象，进程是对处理器、主存、I/O 设备的抽象。

• 进程：操作系统提供一种假象，程序看上去独占处理器、主存和 I/O 设备，操作系统保持跟踪进程所需的状态信息（上下文)，并决定切换时机。两个进程的转换由操作系统内核代码管理。
• 虚拟内存：为每个进程提供一种假象，进程看上去独占主存和 I/O 设备。
• 文件：对 I/O 设备的抽象，每个 I/O 设备都可以看成是文件，它向应用程序提供一个统一的视角来看待各种 I/O 设备。

6、并发和并行

• 线程级并发：采用多核技术，超线程可以将一个物理核虚拟为两个逻辑核，其中 CPU 某些硬件有多个备份（程序计数器、寄存器文件），大大节省线程切换的时间，提高 CPU 的利用率

  

• 指令集并行：流水线技术

• 单指令、多数据并行：向量机