《程序员的自我修养》笔记

第1章引言

说明：①本书中将计算机的范围限定于PC机，更具体的讲是采用x86指令集的32位CPU的个人计算机。

1.1 CPU与外围部件的连接方式

计算机最核心的三个硬件设备是：CPU、内存、I/O控制器

早期的计算机硬件结构：

cpu的核心频率不高，跟内存频率差不多；
他们都是连接到同一根总线（BUS）上；
为协调cpu和io设备的速度，每个设备都会有一个响应的io控制器。

后期的计算机硬件结构：

高速北桥芯片（PCI Bridge）——协调cpu、内存和高速图形设备之间的速度差异
低速南桥芯片（ISA Bridge)——协调io（低速）设备与高速设备之间的速度差异

1.2 SMP与多核

提高CPU速度：

提高cpu的频率（已提高到4GHZ，达到天花板）
增加cpu的数量————>SMP

对称多处理器 SMP：每个cpu在系统中所处的地位和发挥的功能是一样的，是相互对称的。

多核处理器：是SMP的简化版，只保留多个核心（与SMP几乎无差别）

1.3 软硬件与层次体系结构

系统软件：

平台性软件：os内核、驱动程序、运行库以及数以万计的系统工具；
程序开发性软件：编译器、链接器、汇编器等开发工具和开发库。

计算机软件体系结构：

1.4 操作系统

操作系统功能：

提供抽象的接口；
管理硬件资源。

基础概念：

多道程序、分时系统、多任务系统、进程
CPU分配方式：抢占式、非抢占式

硬件驱动程序Device Driver:

可看作是os的一部分；
往往跟os内核内核一起运行在特权级；
与os内核又有一定的独立性，这使得驱动程序较为灵活。
(可简单理解为：通过Device Driver向硬件发送命令，发送命令方式：通过读写io端口寄存器来实现)

1.5 线程

基础概念：

虚拟地址空间、分段、分页（局部性原理）、重定位
线程（轻量级进程）、进程

数据在线程之间是否私有：

线程调度中的状态：运行、就绪、等待

线程分类：

IO密集型线程（频繁等待）
CPU密集型线程（很少等待）
io密集型线程总是比CPU密集型线程容易得到优先级的提升

基础概念：可抢占线程、不可抢占线程

线程安全：

数据一致性：①原子操作；②锁
实现同步：锁（①互斥量；②临界区；③条件变量；④二元信号量）
二元信号量：最简单的锁，只有两种状态（占用、非占用），适合只能被唯一一个线程独占访问的资源
多元信号量（信号量）：允许多个线程并发访问的资源
互斥量：仅允许一个线程访问，与二元信号量类似。区别：信号量可以被任意线程获取并释放；互斥量只能哪个线程获取，哪个线程释放
临界区：比互斥量更加严格的同步手段。区别：临界区的作用仅限于本进程，其他进程无法获取
条件变量：若某条件变量被唤醒，则等待该条件变量的全部线程可以一起恢复执行。

用户态多线程库的实现方式：

一对一：用户线程和内核线程一致
多对一：多个用户线程映射到一个内核线程上
多对多

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