Introduction
（一）课本介绍
《CS:APP（Computer Systems: A Programmer's Perspective）》是一本计算机系统经典教材，由 CMU（卡耐基梅隆大学）教授 Randal E. Bryant 和 David R. O’Hallaron 编写，主要讲解 计算机系统的底层工作原理，让程序员更深入地理解计算机如何执行代码、管理内存、处理并发等。
CS:APP 以 C 语言和 x86-64 汇编 为基础，涵盖：
- 计算机数据表示（如二进制、浮点数、补码）
- 机器级代码（汇编语言、寄存器、指令执行）
- 存储系统（缓存、虚拟内存、页表）
- 进程和并发（进程管理、信号、线程、同步）
- 系统级 I/O（文件系统、网络编程）
- 程序性能优化（流水线、缓存优化）
- 计算机安全（缓冲区溢出攻击、ROP）
（二）配套课程
同时，CMU（卡耐基梅隆大学）的 15213: Introduction to Computer Systems 课程 完全基于 CS:APP，是 CMU 计算机系的核心课程之一。这门课同时检具广度和深度，并以其巨难的 project 而出名。是程序员必学的课程之一。
课程特点
- 目标是 让程序员理解计算机系统的底层原理，而不仅仅是写高层代码。
- 采用 CS:APP 书籍作为理论教材。
- 课程内容与书籍基本一致，但更加注重实践。
- 学生需要完成多个 实验（Labs），涉及汇编、缓存优化、内存管理、进程、并发等。
课程视频在这里：2015 CMU 15-213 CSAPP 深入理解计算机系统 课程视频_哔哩哔哩_bilibili
中文版翻译视频在这里：【CSAPP-深入理解计算机系统】1-1.计算机系统漫游_哔哩哔哩_bilibili
（三）配套 lab
CMU 15213 课程最核心的部分是 编程实验（Labs），这些实验不是书籍的一部分，而是 课程独有的动手实践任务。
做完这些 Lab，你对书中的内容有很深的理解，并会拥有很强的系统层面编程能力，包括：
- C 语言底层编程
- Linux 进程管理、线程控制
- 内存管理、并发控制
Lab 对应的官网网站在这里：CS:APP3e, Bryant and O'Hallaron
但是现在下载 Lab 需要 CMU 账号，因此可以再这里找到空的Lab 文件：csapp/labs at main · XieGuochao/csapp · GitHub
或者这个也行（Star 更多些）: https://github.com/Exely/CSAPP-Labs
| 实验名称 | 章节对应 | 主要内容 |
|---|---|---|
| Data Lab | 第 2 章（数据表示和处理） | 使用受限的 C 语言实现基本的位运算、补码运算和浮点数运算，理解计算机数据的底层表示。 |
| Bomb Lab | 第 3 章（机器级代码） | 通过逆向工程和汇编分析，拆解一个 "binary bomb" 程序，找出正确的输入防止炸弹爆炸。锻炼调试能力。 |
| Attack Lab | 第 3 章（机器级代码）、第 12 章（系统级安全） | 通过缓冲区溢出攻击修改二进制文件的行为，涉及代码注入和 ROP（返回导向编程）攻击。 |
| Buffer Lab (IA32) | 第 3 章（机器级代码）、第 12 章（系统级安全） | 32 位 x86 版本的缓冲区溢出实验，已被 Attack Lab 取代。 |
| Architecture Lab | 第 4 章（处理器体系结构） | 通过修改 Y86-64 处理器的流水线和指令优化数组拷贝函数，提高 CPE（每个元素的时钟周期数）。 |
| Cache Lab | 第 6 章（存储器层次结构） | 实现一个缓存模拟器，并优化矩阵转置算法以最小化缓存未命中率。 |
| Performance Lab | 第 5 章（优化程序性能）、第 6 章（存储器层次结构） | 通过优化核心算法（如卷积、矩阵转置）来提升性能，关注缓存利用率。已经被Cache Lab取代了 |
| Shell Lab | 第 8 章（异常控制流） | 实现一个简单的 Unix shell，支持作业控制（如 fg, bg, jobs），理解进程控制和信号处理。 |
| Malloc Lab | 第 9 章（虚拟内存） | 自己实现 malloc、free 和 realloc，学习动态内存管理策略，如分块、空闲列表等。 |
| Proxy Lab | 第 11 章（网络编程和并发） | 实现一个并发缓存 Web 代理服务器，涉及字节序、缓存、进程控制、信号、文件 I/O、并发和同步。 |
（四）前置知识
由于本书难度较大，不适合新手马上开始学。你应该需要具备这些前置知识：
- 使用 C 或 C++ 编程的经验，只会Python这类解释性语言是不够的
- 知晓 Linux 的使用方法