本書以圖解的方式通俗易懂的講解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各項(xiàng)技術(shù)的本質(zhì)，包括編程語(yǔ)言的本質(zhì)是什么、操作系統(tǒng)、進(jìn)程線程協(xié)程等的本質(zhì)是什么、到底什么是內(nèi)存、什么是堆區(qū)棧區(qū)、內(nèi)存分配等是怎么一回事、怎樣從晶體管構(gòu)建出CPU、I/O是如何實(shí)現(xiàn)的等等，從根源出發(fā)，一步步講解一項(xiàng)技術(shù)到底是怎么來(lái)的，同時(shí)內(nèi)容可視化——輔助大量精心設(shè)計(jì)的插圖，幾乎做到了平均一頁(yè)有一圖，把對(duì)技術(shù)的理解門檻降到最低。
從根源出發(fā)，探索計(jì)算機(jī)系統(tǒng)賦予程序員的超能力
像高手那樣，對(duì)每一行代碼產(chǎn)生的影響了如指掌
遇到棘手問(wèn)題時(shí)不再束手無(wú)策，直擊本質(zhì)，瞬間化解
發(fā)現(xiàn)CPU、內(nèi)存、程序運(yùn)行、Cache、I/O背后的奧秘
341幅精心設(shè)計(jì)的插圖幫你越讀越輕松
前言
本書源自筆者的兩個(gè)疑問(wèn)：我的代碼看上去能正常運(yùn)行，可這是為什么呢？計(jì)算機(jī)在執(zhí)行我寫的代碼時(shí)在底層發(fā)生了什么？
現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就像一個(gè)漢堡包一樣，實(shí)際上是被層層抽象過(guò)的，程序員在最上層用高級(jí)語(yǔ)言編寫代碼時(shí)根本不用關(guān)心底層細(xì)節(jié)，這極大地提高了開發(fā)效率，但有時(shí)遇到一些較為棘手的問(wèn)題，很多人往往束手無(wú)策，這其中大部分情況是因?yàn)閷?duì)底層了解不夠而導(dǎo)致的，我們有時(shí)甚至都不能理解產(chǎn)生的問(wèn)題本身，更何談解決問(wèn)題呢？
這些看上去很難解決的問(wèn)題在那些編程高手眼里往往不值一提，他們幾乎能脫口而出直指本質(zhì)，你一兩天都搞不定的問(wèn)題在這些編程高手那里可能會(huì)被瞬間解決掉，因?yàn)樗麄儗?duì)自己寫下的每一行代碼到底會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生什么樣的影響了如指掌，如他們非常清楚地知道分配一塊內(nèi)存在底層發(fā)生的一系列故事等。英文中有一個(gè)詞很形象—— mental model (心智模型)，本書更多地為你揭示那些編程高手的心智模型和計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 底層的奧秘。
在講解方式上，首先筆者認(rèn)為內(nèi)容可視化非常重要，一圖抵千言，因此本書中有多達(dá)341張圖，以圖解的方式來(lái)講解所涉及的內(nèi)容；其次內(nèi)容的可讀性也很重要，本書會(huì) 以通俗易懂的方式從概念的起源開始講解，不僅告訴你是什么、為什么，還會(huì)告訴你這是怎么來(lái)的，把對(duì)內(nèi)容閱讀理解的門檻降到最低。
當(dāng)然，除了上述較為“功利”的目的，筆者認(rèn)為有趣的東西還是值得了解一下的，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)其實(shí)就是這樣一個(gè)很有趣的東西，如果你不這么認(rèn)為的話，那么很可能是你 還不夠了解它。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的許多設(shè)計(jì)是如此的有趣，即便是出于好奇，也應(yīng)該去了 解一下，就像 Linus 所說(shuō)的那樣——Just for fun ！
本書配套資料
一款操作系統(tǒng)發(fā)布后往往需要打補(bǔ)丁、定時(shí)升級(jí)，而一本書的出版往往與之類似，由于筆者能力有限，因此在本書出版后可能也需要打補(bǔ)丁，在微信公眾號(hào)“碼農(nóng)的荒島求生”后臺(tái)回復(fù)“補(bǔ)丁”二字可獲取筆者關(guān)于本書相關(guān)話題的擴(kuò)展內(nèi)容，相信這些內(nèi)容 可以更好地幫助讀者理解本書。
路線圖
本書分為6章：
● 第1章關(guān)注編程語(yǔ)言，重點(diǎn)闡述到底什么是編程語(yǔ)言、編譯器的工作原理，以及如何從代碼生成最終的可執(zhí)行程序。
● 第2章重點(diǎn)講解程序運(yùn)行起來(lái)后，也就是運(yùn)行時(shí)的奧秘，包括程序到底是以什么樣的形式運(yùn)行起來(lái)的，操作系統(tǒng)、進(jìn)程、線程、協(xié)程到底是什么，我們?yōu)槭裁葱枰私膺@些概念，回調(diào)函數(shù)、同步、異步、阻塞、非阻塞又是怎么一回事，這些又能賦予程序員什么樣的能力等。
● 第3章將帶你認(rèn)識(shí)內(nèi)存。程序的運(yùn)行離不開內(nèi)存，因此我們要了解內(nèi)存的本質(zhì)是什么，到底什么是指針，為什么會(huì)有堆區(qū)、棧區(qū)，函數(shù)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)原理是什么，申請(qǐng)內(nèi)存時(shí)底層到底發(fā)生了什么，該怎樣實(shí)現(xiàn)一個(gè)自己的malloc內(nèi)存分配器等。
● 第4章介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最重要的CPU，CPU的實(shí)現(xiàn)原理是什么，怎樣一步步打造出CPU，CPU是如何認(rèn)識(shí)數(shù)字的，CPU空閑時(shí)在干什么，以及CPU是如何演變進(jìn)化的，為什么會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜指令集及精簡(jiǎn)指令集，如何利用CPU與棧的組合實(shí)現(xiàn)函數(shù)調(diào)用、中斷處理、線程切換及系統(tǒng)調(diào)用等機(jī)制。
● 第5章講解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的cache，為什么需要cache，以及程序員該如何編 寫出對(duì)cache 友好的代碼。
● 第6章關(guān)注I/O，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)I/O的，程序員調(diào)用read函數(shù)時(shí)在底層是如何一步步讀取到文件內(nèi)容的，程序員該如何高效處理I/O等。
勘誤
由于筆者水平有限，書中難免會(huì)有疏漏之處，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。
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致謝
首先感謝微信公眾號(hào)“碼農(nóng)的荒島求生”的忠實(shí)讀者，是你們讓我一直堅(jiān)持到現(xiàn)在，是你們讓我能感受到自己做的事情是有價(jià)值的，是你們讓本書出版成為可能。
其次特別感謝我的愛人，是你的鼓勵(lì)讓我踏上了寫作之路，在此之前我從沒想過(guò)自己此生會(huì)與寫作有什么關(guān)聯(lián)，是你讓我發(fā)現(xiàn)了全新的自己，這無(wú)異于重生。
最后感謝我的父母，是你們的辛苦付出讓我遠(yuǎn)離生活瑣事。“當(dāng)你輕裝上陣時(shí)必定 有人為你負(fù)重前行”，我無(wú)以為報(bào)，謹(jǐn)將此書獻(xiàn)給你們。
陸小風(fēng)（@碼農(nóng)的荒島求生），碩士畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，先后就職于VMware和京東，具有多年軟件系統(tǒng)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，擅長(zhǎng)用通俗易懂的語(yǔ)言講解計(jì)算機(jī)技術(shù)。
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