1.1 第一个hello程序

还记得在每一个编程平台上的第一个程序都是hello world，现在就以这个程序为载体，先浅聊一下计算机系统吧。

1.预处理阶段，预处理器cpp根据字符#开头的命令修改原始的程序，并把头文件里的内容直接插入程序文本，就由hello.c文件扩展为hello.i

2.编译阶段，编译器cc1将文本文件hello.i翻译成hello.s，包含一个汇编语言程序

3.汇编阶段，汇编器as将hello.s翻译成机器语言指令，并把这些指令打包成可重定位目标程序的格式，并保存在hello.o中

4.链接阶段，链接器ld负责把标准库中用到的函数的目标文件合并到hello.o程序，就得到了可执行文件hello，可以被加载到内存中，由系统执行。

既然已经装载好了可执行文件，那么该怎么调用呢？

shell先将调用指令字符逐一读入寄存器，再把他放到内存。当敲入回车，shell就执行一系列指令将可执行文件中的代码和数据从磁盘复制到主存。一旦被加载到主存，处理器就开始执行hello程序中的机器语言指令，这些指令将hello world中的字节从主存复制到寄存器文件，再从寄存器文件复制到显示设备，最终显示在屏幕。

介绍完了hello程序，再聊聊其他概念

虚拟内存

虚拟内存是一个抽象概念，他为每一个进程提供了一个假象，每个进程都在独占内存，每个进程看到的内存都是一样的，称为虚拟地址空间。

程序代码和数据。对所有的进程来说，代码是从同一固定地址开始，紧接着的是和 C全局变量相对应的数据位置。代码和数据区是直接按照可执行目标文件的内容初始化的。

堆。代码和数据区后紧随着的是运行时堆。代码和数据区在进程一开始运行时就被指定了大小，与此不同，当调用像malloc和free这样的C标准库函数时，堆可以在运行时动态地扩展和收缩。

共享库。大约在地址空间的中间部分是一块用来存放像C标准库和数学库这样的共享库的代码和数据的区域。共享库的概念非常强大，也相当难懂。

栈。位于用户虚拟地址空间顶部的是用户栈，编译器用它来实现函数调用。和堆一样，用户栈在程序执行期间可以动态地扩展和收缩。特别地，每次我们调用一个函数时，栈就会增长;从一个函数返回时，栈就会收缩。

内核虚拟内存。地址空间顶部的区域是为内核保留的。不允许应用程序读写这个区域的内容或者直接调用内核代码定义的函数。相反，它们必须调用内核来执行这些操作。

Amdahl定律

定律的主要思想是当我们对系统的某个部分加速时，其对系统整体性能的影响取决于该部分的重要性和加速程度。

加速比s＝1/（（1-a）＋a/k），a为该部分所占比例，k为该部分性能提升比例。

小结

计算机系统是由硬件和系统软件组成的，它们共同协作以运行应用程序。计算机内部的信息被表示为一组组的位，它们依据上下文有不同的解释方式。程序被其他程序翻译成不同的形式，开始时是 ASCII文本，然后被编译器和链接器翻译成二进制可执行文件。

处理器读取并解释存放在主存里的二进制指令。因为计算机花费了大量的时间在内存、I/O设备和 CPU寄存器之间复制数据，所以将系统中的存储设备划分成层次结构 CPU 寄存器在顶部，接着是多层的硬件高速缓存存储器、DRAM 主存和磁盘存储器。在层次模型中，位于更高层的存储设备比低层的存储设备要更快，单位比特造价也更高。层次结构中较高层次的存储设备可以作为较低层次设备的高速缓存。通过理解和运用这种存储层次结构的知识，程序员可以优化C程序的性能。

操作系统内核是应用程序和硬件之间的媒介。它提供三个基本的抽象:1)文件是对I/O设备的抽象; 2)虚拟内存是对主存和磁盘的抽象;3)进程是处理器、主存和I/O设备的抽象。

最后，网络提供了计算机系统之间通信的手段。从特殊系统的角度来看，网络就是一种I/O设备。