第一章：计算机系统漫游
编译系统
hello.c->hello.i
gcc -E hello.c -o hello.i
hello.i->hello.s
gcc -S hello.i -o hello.s
hello.s->hello.o
gcc -c hello.s -o hello.o
hello.o->hello
gcc hello.o -o hello
第二章：信息的表示和处理
//数据在不同架构处理器下的表示
typedef unsigned char * byte_pointer;
void show_bytes(byte_pointer start, size_t led)
{
size_t i;
for (i = 0 ;i < led; i++)
{
printf("%.2x",start[i]);
}
printf("\n");
}
void show_int(int x)
{
show_bytes((byte_pointer)&x,sizeof(int));
}
void show_float(float x)
{
show_bytes((byte_pointer)&x,sizeof(float));
}
void show_pointer(void *x)
{
show_bytes((byte_pointer)&x,sizeof(void *));
}
int main()
{
int i =12345;
show_int(i);
return 0;
}
整数、浮点数在计算机内部的表示与运算
第三章：程序的机器级表示
while、do-while、for性能分析
三种都是通过条件测试和跳转指令实现的。
switch、if-else性能分析
switch通过一个跳转表实现，所以只需要执行一次跳转，而if-else需要多次跳转指令，代码效率相对低。
堆栈的分析对比
堆：一般由程序员申请控制，如C语言的malloc,地址由小到大增长，满足后入先出的原则。需要程序员自身控制内存的分配问题。一般栈的空间有限。
栈：一般由系统控制，如int a这种语句，地址由大到小递减，也满足后入先出的原则。我们C语言执行一个函数就是在栈中开辟空间执行，故函数执行完毕，会自动释放内存空间。堆的空间相对较大。
对抗缓冲区溢出攻击
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栈随机化：每次程序运行时，程序栈位置随机，不容易被黑客进行漏洞发掘。
-
栈破坏检测：在缓冲区和栈保存的状态值之间存储一个特殊值，成为金丝雀值（随机产生
-
限制可执行代码区域：限制内存区域存放可执行代码范围
第四章：处理器体系结构
参考微嵌、数电、模电
第五章：优化程序性能
编写高效的程序
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选择合适的算法和数据结构
在某些情况下，减少函数调用的开销
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了解编译器的能力和局限性
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探索并行化
投机执行
指程序执行时，遇到分支结构，计算机会预测分支结果，甚至直接执行某个分支的代码。如果预测正确，则将执行结果送到寄存器中，失败则丢弃。此处由分支模块来控制。
第六章：存储器层次结构
存储技术
寄存器—缓存（cache）—主存—外存
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缓存：可以存在多级缓存结构，为静态随机访问存储器（SRAM），用双稳态电路逻辑状态来存储信息。
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主存：为动态随机访问存储器（DRAM），用电容充放电来存储信息，需要不断刷新来保持信息。SDRAM同步动态随机访问存储器速度优于DDRAM。
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外存：
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磁盘（机械硬盘）
磁片、磁面、磁道、521字节、扇区、读/写头
磁盘取决于寻道时间+旋转时间（转速）+传送时间
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固态硬盘（flash）
闪存芯片（plane、block、page）
读、写、擦除，只能将1改为0，不能将0改为1
写以page为单位，擦除以block为单位
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局部性
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时间局部性，指同一变量在一段时间被多次访问
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空间局部性，指访问在一段连续的空间内，如数组的顺序访问
合理利用局部性原理，可以提高程序执行速度
存储器层次结构
中心思想：速度更快、容量更小的存储设备作为速度更慢、容量更大的存储设备的缓存
相邻存储器层次结构之间块的大小通常一致。
几个概念：
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缓存命中：需要使用k+1层数据时，需要先检索k层数据，如果在k层有缓存的数据，则为命中。
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cache的内部结构：内部为一个或多个set（组）{S}；每个set包含一个或多个cache line{E}；每个cache由三部分组成，分别为有效位（1 bit，表示当前cache line的数据是否有效，1有效）、标记、数据块（内存数据的副本）{B}，数据块中前几位表示地址{m}。
直接映射高速缓存
当cache的每个组只有一个cache line时，称为直接映射。
读取数据的过程
-
组选择，根据组索引位，选择组
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行匹配，对比cache line中的标记和地址中的标记是否一致，如果一致，表示数据一定在当前cache line中，如果有效位为0或标记不匹配，则目标数据不在次cache line中。
-
字抽取，块偏移决定目标数据在数据块中的位置。
组相联/高速缓存
第七章： 链接
链接
链接是指将可重定位目标文件以及所必要的系统文件组合起来，生成一个可执行目标文件的操作。
可重定位目标文件
每一个可重定位目标文件大致分为3部分：
-
ELF header：（ELF是可执行可链接格式的缩写）
gcc -c hello.c -o hello.o #查看hello.o的字节数 wc -c hello.o #查看hello.o的EFL header信息 readelf -h hello.o
Magic字段解释：
Type字段：REL表示为可重定位文件
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Section：
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.text：存放已经编译好的机器代码
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.data：存放已初始化的全局变量和静态变量的值
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rodata：存放只读数据（printf的格式串和switch语句中的跳转表）
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.bss：存放未初始化的全局变量和静态变量（被初始化为0的全局变量和静态变量）（并不占用实际空间，是一个占位符）
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.comment：存放的是编译器的版本信息
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.symtab：Symbol Table，符号表
readelf -s hello.o-
全部符号：由该模块定义，同时能被其他模块引用
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外部符号：由其他模块定义，同时被该模块引用
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局部符号：只能在该模块定义、使用
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.rel.text：Relocation Table，重定位表
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.debug：调试信息
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.line：原始C程序的行号和.text section中机器指令之间的映射
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.strtab：String Table，字符串表
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以及Section的表：
readelf -S hello.o
符号解析
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强符号：函数和已经初始化的全局变量
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弱符号：未初始化的全局变量
强符号与弱符号，当有同名强符号时，链接时会报错；而同名强、弱共存时，可能会导致程序出现意想不到的错误。
静态库
archive文件是一组可重定位目标文件的集合，在Linux中以.a结尾
libc.a包含atoi、printf、scanf、strcpy、rand
构造静态库
ar rcs 库名.a ***.o ***.o
解包静态库
ar -x 库名.a
静态库的用法
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将所需模块编译成.o文件
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将编译成的.o文件通过ar命令打包成.a文件
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编写模块函数的声明文件.h，并在主模块中include此文件，即可在主文件中调用此函数
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使用gcc编译主模块时，在后面添加.a文件路径即可完成链接
静态库的解析过程
gcc -static main.o -o main ./test.a
链接器先处理main.o，然后处理test.a，最后处理libc.a，文件输入顺序非常重要，一般库放在命令结尾，如果库不是独立的，我们需要对其进行排序操作。（被调用的库在后，相互引用可多次写明静态库）
重定位
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重定位节和符号定义
-
重定位节中的符号引用
可执行目标文件
与可重定位目标文件类似
代码运行时内存分布：
在Linux_x86_64位系统上，代码段从地址0x4000000开始，然后向上为数据段，堆在数据段之上，然后是共享区域，共享区域之上为栈（起始地址为248 -1），其上为操作系统保留。
动态链接共享库
静态库局限性
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静态库需要定期维护和更新
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几乎灭个C程序都需要使用标准的I/O函数
共享库
在Linux系统中以.so结尾表示，在Windows中以.dll结尾表示。
gcc -shared -fpic -o 共享库名.so ***.o ***.o
应用
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分发软件，因为共享库在链接过程中，不是真正与主程序链接在一起，所以只需要升级动态库，在重新执行程序时，就可以完成程序升级。
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构建高性能Web服务器，无需关闭或重启服务就能实现升级
handle = dlopen("./***.so",RTLD_LAZY)