信息的储存
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信息就是bit，对于文本字符，有通用的ascii标准，使用单字节整数来表示字符
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Tips：ascii中只定义了128个字符，涵盖英文字母和部分标点。
而现代计算机系统通常使用变长编码（1~4字节）的UTF来确保支持全球化的字符，
在中文语境下还有GBK编码，支持更多中文字符
编译器的工作
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从源文件到目标文件，在Unix系统上通常使用GNU‘s gcc工具链
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预处理器（向源代码中插入include、宏定义、etc.）
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编译器（将源代码转为汇编代码）
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汇编器（将汇编代码转为特定的机器代码）
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链接器（链接使用的外部库，e.g. printf.o）
Tips：常见的编译工具链有 GCC、Clang（适用Unix-like系统），MSVC（适用Windows系统）
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处理器的执行架构
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系统的硬件组成
包括总线（传输固定字长的数据）、I/O设备、主存、处理器（可以加载、储存、操作、跳转）
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程序的运行，以运行Hello World为例
- 将程序的目标文件和数据从磁盘复制到主存
- 处理器开始执行HelloWorld.o中的机器代码
- 字符串“Hello World”被从主存复制到寄存器中
- 字符串从寄存器复制到显示设备上，最终输出
储存层次
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高速缓存非常重要（L1、L2、L3 etc.），可以有效提升系统速度
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系统的储存器是有层次的，从高速到低速，从小容量到大容量，每一级储存都是下一级储存的缓存
L0 register -> L1 cache -> L2 cache -> L3 cache -> memory -> local disk -> remote storage
系统提供的抽象表示
现代操作系统在运行程序时，程序并不会直接访问I/O和储存，而是通过操作系统提供的服务来调用（system call）
操作系统作为程序和硬件的中间层，将硬件抽象化，提供通用的机制便于程序调用，同时防止硬件被程序滥用
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进程
为程序营造独占运行的假象，进程只负责运行，而操作系统负责资源调度，切换不同的进程（上下文切换）
在程序进行系统调用时，在用户态和内核态之间切换
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线程
一个进程可以包含多个执行单元（线程），不同的线程共享进程的上下文，更易于数据交换，且切换的开支较小
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虚拟内存
为程序营造独占主存的假象，每个程序看到的虚拟内存空间都是一样的，从上到下包括：
- 只读的代码和数据区
- 可读写的数据区，储存在程序中提前声明的全局/静态变量
- 运行时堆内存，由malloc创建，可动态放缩
- 共享库映射的内存区域，e.g. C标准库
- 用户栈，负责函数调用时储存上下文，以及储存运行函数时的局部变量
- 为内核保留的虚拟内存（只能通过系统调用进行操作）
虚拟内存提供了内存管理的便利，同时也起到了保护隔离作用，防止重要数据被破坏
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文件
文件即字节序列，在类Unix系统中，所有I/O设备都被抽象为文件，向程序提供了统一的视图，隐藏了具体实现，通过简单地读写文件就可以操作I/O设备
Tips：在大多数Unix-like系统中，访问I/O设备的文件接口在/dev目录之下
重要概念
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Amdahl定律
当我们对系统的某个部分加速时，其对整体性能的影响取决于该部分的重要性和加速程度
记该部分占总体的比例为，记该部分的加速比为，则有总体加速比
假设对系统的60%部分进行3倍的加速，可得系统总体加速比仅为1.67
即想要显著加速整个系统，必须提升全系统中相当大部分的速度
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并发和并行
从系统层次由高到低，分别有
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线程级并发
使用线程可以在一个进程中执行多个控制流，对于处理器的超线程而言，这涉及到处理器的某些硬件有多个备份，可以在单个周期内选择执行哪一个线程，当某一线程需要等待时，处理器就会迅速切换到另一线程，以达到并行的效果
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指令级并行
现代处理器采用流水线（在后章介绍）等技术，在一个指令周期内同时执行多条指令，称为超标量
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单指令、多数据并行
即SIMD指令，能够通过一个指令同时操作多个数据，可以使用支持的向量数据类型进行计算，使编译器自动优化为SIMD指令提高效率
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