第三卷：深入计算机系统

程序写下 x + 1，机器却还要处理数值表示、指令执行和内存访问。本卷沿着这条路径走到进程、文件系统与虚拟化，看看哪些承诺来自语言，哪些来自操作系统和硬件。遇到程序偶尔出错时，“我电脑上能跑”可以当线索，暂时不能当结论。

先修知识

• 能写函数、循环和数组操作；C 代码会涉及指针与对象生命周期，可按需回看第一卷。
• 会在终端编译、运行程序并读报错。还不熟悉这些操作时，先做第零卷的终端与调试实验。

覆盖内容

前六章建立数据表示、处理器和存储层次的基础；第 7–14 章转向操作系统如何管理程序与资源；最后四章结合流水线、C 内存模型、汇编和性能测量，把各层重新接起来。

第 1 章

• 1.1 比特、字节与进制
• 1.2 字符、Unicode 与 UTF
• 1.3 字节序与位掩码

第 2 章

• 2.1 整数表示与溢出
• 2.2 浮点表示与数值误差

第 3 章

• 3.1 组合逻辑
• 3.2 时序逻辑与同步

第 4 章

• 4.1 CPU、ISA 与 RISC-V
• 4.2 单周期 CPU 数据通路

第 5 章

• 5.1 缓存、局部性与映射
• 5.2 缓存一致性与伪共享

第 6 章

• 6.1 虚拟地址、页表与 TLB
• 6.2 按需分页、缺页与 mmap

第 7 章

• 7.1 异常、中断与系统调用
• 7.2 POSIX 信号与异步安全

第 8 章

• 8.1 进程、任务与上下文
• 8.2 fork、exec 与 wait

第 9 章

• 9.1 线程、数据竞争与互斥
• 9.2 条件变量、信号量与 Barrier

第 10 章

• 10.1 调度指标与经典算法
• 10.2 Linux 调度类、CFS 与 EEVDF

第 11 章

• 11.1 锁是怎样工作的
• 11.2 动态内存分配器

第 12 章

• 12.1 死锁为何形成
• 12.2 死锁现场诊断

第 13 章

• 13.1 路径、inode 与数据块
• 13.2 文件系统与崩溃恢复
• 13.3 存储冗余、校验与备份

第 14 章

• 14.1 虚拟机如何共享一台主机
• 14.2 Namespace、cgroup 与容器隔离
• 14.3 用 KVM 运行一条 Guest 指令

第 15 章

• 15.1 流水线与数据冒险
• 15.2 分支预测、超标量与乱序执行

第 16 章

• 16.1 对象布局、别名与 volatile
• 16.2 C 并发内存模型

第 17 章

• 17.1 汇编基础与调用约定

第 18 章

• 18.1 从测量到性能结论
• 18.2 用 perf 建立性能证据

学完能做什么

• 解释整数溢出、浮点误差、缓存失效和缺页各自在什么层面发生。
• 跟踪进程与线程共享哪些资源，分析同步、死锁和文件持久化问题。
• 阅读短小的 C 与汇编片段，并用计时、性能计数器或系统观测验证瓶颈判断。

怎样使用这份目录

初学时按章推进，每遇到一项机制就找一个能观察它的小实验。带着故障来查阅时，可以直接进入相应章节：内存问题从第 5、6、16 章查起，线程卡住看第 9、11、12 章，性能问题先看第 18 章如何测量。实验前核对平台与编译选项，换一台机器后结果不同，本身也可能是线索。