CSAPP，我的计算机科学启蒙书
本文最早发布于我的知乎：如何阅读《深入理解计算机系统》这本书？ - 知乎
今天，聊聊《深入理解计算机系统》这本书，很多人一看“深入”二字就会被吓到。实际上，它的英文全称是：Computer Systems: A Programmer’s Perspective
直译过来：以一个程序员的视角来看计算机系统。内容并没有那么难，可以说是计算机科学的大纲，计算机组成原理、操作系统、编译原理、计算机网络的知识均有涉及，内容兼具广度与深度。
这本书最早是 CMU 开设的 Introduction to Computer Systems 课程教材，后来也被国内的北大、上交、哈工大、北邮、武大等学校使用，作为本科生“计算机系统导论”课程的教材。我校（哈工大）甚至将它作为考研专业课的参考教材。
我是从大二的寒假开始读的，耗时三个月，读完了整本书，做完了书中所有的 exercise（homework 只做了部分题），并完成了配套的全部 9 个实验。
读完也是成就感满满（图片水印为我个人知乎）：
我校大二下的“计算机系统”课程就是用的这本教材，我在备考期末时制作的一纸开卷，梳理了全书内容：
最后考了 92 分，成绩还算理想
我阅读此书前计算机基础几乎为 0（专业课只学了 C 语言和数据结构），故我的阅读方法应该是适合大部分人的。
先提出一些总体上的建议：
- 不建议看任何网课，包括该书作者在 CMU 录制的课。这本书的内容相当丰富，而且讲解的很清晰，难度曲线上升很缓慢，直接耐心啃书就好。
- 每个章节的 exercise 一定要做！这些习题都是作者精心设计用来巩固当前学习内容的，尤其是前六章和第九章的习题设计的非常好，后面还附上了细致的解析，做完对知识的理解大有好处。
- 任务驱动式学习。我读这本书时定下的目标是每个周末做完一个 lab，一个 lab 基本上对应书中的一个章节。这也就意味着我每周要至少读完一个章节，有了这种明确的目标，我的学习效率大大提升
下面分章节提出一些阅读建议：
第一章：计算机系统漫游
属于是全书的纲要，概括了全书要讲解的内容。读不懂很正常，略读即可，等读完全书再回来自会有不同的领悟。
第二章：信息的表示和处理
讲解数据的机器级存储，补码/反码、IEEE 浮点数表示等。本章非常难啃且技巧性较强，建议读时以理解为主，不要死扣书上的数学推导。此外，也可以边读边做本章对应的 Data Lab 来促进理解
第三章：程序的机器级表示
这章从底层讲解一段代码是如何运行的，涉及汇编代码，函数调用栈 等，是相对难啃的一章。
如果实在读不下去可以先读一读王爽的 《汇编语言》
此书相当于缩小版的 CSAPP，通俗易懂，难度曲线更低。我花了三天时间读完这本书，然后再回来读 CSAPP 的第三章，基本就没什么障碍了。
读完本章可以做两个 lab：
- 一个是非常出名的 Bomb Lab，这个 lab 考察阅读汇编代码的能力，非常难，但是如果你真的能一行一行代码读下来，当做完这个实验后，你阅读汇编代码将如阅读 C 代码般丝滑！
- 另一个是 Attack Lab，这个 lab 主要考察第三章中讲解的缓冲区溢出原理，同样也是训练阅读汇编代码的能力，以及对函数调用栈的理解。
第四章：处理器体系结构
这章依旧很难，介绍处理器的执行过程，流水线设计等，原书作者为了写这章花费了不少心血，设计了一个 Y86-64 指令集来为我们讲解。学习这章一定要多画画图，把各个指令每一阶段执行的过程搞清楚。
读完本章可以做 Architecture Lab，这个 lab 中作者实现了 Y86-64 的模拟器，我们的任务有三部分：
- 用 Y86-64 指令集编写代码，考察本章第一节
- 为 Y86-64 新增指令，考察本章第二、三节
- 优化 Y86-64 程序，考察本章第四、五节
建议读完对应小节后就做实验的对应部分，加深理解。而书上讲解有不理解的地方，也可以打开本实验材料查看原书作者的代码实现。
第五章：优化程序性能
在第四章的基础上讲解优化程序性能的技巧，如循环展开等，速读即可，不必在意过多细节。
第六章：存储器层次结构
这一章又是重点，主要讲解缓存的实现及作用，难点在于理解这样设计背后的原理，切记不要死记硬背
本章读完后，可以做 Cache Lab，这也是非常经典的 lab，既考察了 Cache 的实现，又考察了如何编写 Cache 友好的程序
第七章：链接
讲解程序编译的过程，个人认为讲解不是很清晰，可以结合电子工业出版社的《程序员的自我修养》来看
第八章：异常控制流
是操作系统的内容，讲解操作系统异常、进程调度、信号等概念。如果像我一样没有学过操作系统，读这一章是非常吃力的。
同时书中会有大量代码，所以我建议边读边做这章对应的实验 Shell Lab，毕竟这些代码要在实践中才能理解。本章对应的 Shell Lab 就是在原书作者实现的 Shell 框架下，自己补全相关函数，实现作业控制功能
第九章：虚拟内存
这章的内容非常难，学习这章之前可以先回顾一下第五章的内容，学习过程中不要轻易跳过书中模拟地址翻译的题目，多模拟几遍才能理解透彻。
后面动态内存分配器的实现也是很难的内容，要想将其读懂读透，需要下大功夫。本章对应的 lab Malloc Lab，要自己实现 malloc 函数，对于我这种代码能力较弱的人来说，这个 lab 是全书最难也是最耗时的，还好在参考别人代码的基础上成功跑通了
第十章：系统级 I/O
介绍操作系统 I/O 的相关知识，感觉作者从这一章开始就写得有点简略了，没有相关的编程经验很难读下去
第十一、十二章：网络编程和并发编程
涉及计网和操作系统的内容，没有基础的话很难看懂，这两章依旧有大量的代码，比如作者实现的 TINY Web 服务器，以及后面的基于预线程化的服务器，还是建议边实践边读
服务器的代码在本章对应的 Proxy Lab 中，这个 lab 是实现一个 多线程带缓存 Web 代理，只要能读懂原书作者服务器的实现，再结合 Cache Lab 就能很容易写出来
重读第一章
读完整本书，再回到第一章梳理全书的脉络，你会发现整个人都通透了，毕竟书名的直译是“以一个程序员的角度来看待计算机系统”，整本书讲解的无非就是一段程序在整个计算机系统中从出生到死亡的全过程。
由此，我写了一篇文章，串起全书的知识，讲解一段 C 语言程序从编译到运行的全过程：计算机系统漫游 | Hello, world 的一生
后续学习
本书前半部分写的非常好，但是后面涉及操作系统，计算机网络概念的部分就显得有些简略了，如果读不懂不建议在这上面死磕，可以去搜索其它学习材料。
比如，我非常建议读完本书后去学习 MIT 操作系统导论 课程 6.S081: Operating System Engineering
这门课程公开了详尽的学习计划表，课程视频以及 10 个 lab，教学使用的 MIT 三个老师编写的类 Unix 操作系统 xv6，及其说明文档 xv6 book 也全部开源，简直不要太良心！
6.S081 可以说是无缝衔接 CSAPP，比如前者的第三个实验就是在内核中页表相关的代码上动刀，而页表正是 CSAPP 第九章的重点，还有第五个实验 COW 和第十个实验 mmap 都是在 CSAPP 中有讲解但是并不深入的内容。
课程主页：6.S081 / Fall 2021
对于计网，可以学习斯坦福的课程 CS 144: Introduction to Computer Networking，该课程是用 C++ 实现一个 TCP，参考教材为《计算机网络：自顶向下方法》