计算机系统

#系统 · #总览

涵盖从硬件到软件的完整体系，帮助建立对计算机系统"自底向上"的完整认知。

什么是计算机系统

计算机系统是硬件和系统软件的有机整体，它们共同协作来运行应用程序。一个完整的计算机系统包含：

• 处理器（CPU）：执行指令的核心，包括算术逻辑单元、寄存器、控制单元，通过流水线和分支预测提升吞吐
• 存储层次：从寄存器 → L1/L2/L3 Cache → 主存（DRAM）→ 磁盘/SSD，逐级容量增大、速度递减，利用局部性原理加速访问
• 操作系统：管理硬件资源，提供进程、虚拟内存、文件系统等抽象，让程序无需关心底层细节
• 链接与加载：将多个目标文件组合成可执行程序，处理符号解析和重定位
• 异常控制流：中断、陷阱、故障、信号——系统响应外部事件和错误的机制
• I/O 与网络：程序与外部世界交互的通道，从系统调用到套接字编程

理解计算机系统，就是理解"程序是如何在硬件上真正运行的"——从源代码编译为机器码，到 CPU 取指执行，再到操作系统调度和内存管理，每一层都在协同工作。

---

专题深入

• CSAPP 全书笔记 — 按 CSAPP 三大部分 12 章系统梳理
• CPU 微架构与 TLB/Cache — 处理器微架构、流水线、分支预测、TLB、Cache 一致性
• 中断与异常 — 硬件中断、软件中断、系统调用、信号处理、上下文切换
• 系统调用机制 — syscall/int80指令、vDSO加速、Go runtime entersyscall/exitsyscall、strace实战
• I/O 模型 — 阻塞/非阻塞/多路复用(select/poll/epoll)、Go netpoller、io_uring
• 进程、线程与协程 — 进程模型、线程实现（1:1/1:N/M:N）、协程对比
• 并发编程与同步原语 — Mutex/RWLock/futex/CAS、内存屏障与内存序、无锁数据结构、死锁
• 虚拟内存 — 地址翻译、页表、MMU、缺页处理、内存映射、写时复制
• 堆/栈/数据段/代码段 — 进程地址空间布局、栈帧结构、动态内存分配、ELF 文件格式
• 文件系统 — VFS、ext4/xfs/btrfs 对比、inode、日志
• 内核调度与容器基础 — CFS调度器、cgroup、namespace、Docker/K8s底层原理
• 编译原理、链接与加载 — 编译全流程（词法/语法/语义分析、IR、代码生成）、Go编译器完整流程（Token→AST→SSA→机器码、50+优化Pass、逃逸分析、BCE、寄存器分配）、静态/动态链接、ELF格式、GOT/PLT、程序加载、二进制工具
• 性能分析与调优 — USE/TSA方法论、pprof/perf/strace、火焰图、GC调优
• Linux Shell 实战 — 三剑客、性能诊断、网络工具、加密与压缩

---

参考教材

• CSAPP（深入理解计算机系统）：https://hansimov.gitbook.io/csapp
• 英文官网（CMU）：csapp.cs.cmu.edu