Linux后端程序成长关键技术之底层体系结构，
Linux后端程序成长关键技术之底层体系结构，
计算机程序的Bug千奇百怪，要想能顺利的解决疑难杂症，必须对计算机的底层原理非常熟悉。比如在实际生产中不光我们的应用会出问题，操作系统也可能有Bug，硬件也可能有Bug。因此，只有更加深入的理解了原理，才能更加方便我们解决问题。
本文对计算机的体系结构底层原理进行简要的介绍。这些知识对于帮助我们解决疑难问题会有很大的帮助。做程序开发应该深入原理，不仅要知其然，还要知其所以然。
计算机的工作模式
CPU本身无法保存这么多的中间结果，因此需要依赖于内存
CPU
这个指令会指导运算单元取出数据单元中的某几个数据，计算出结果，然后放在数据单元的某个地方
计算过程
1. 每个进程都有一个程序放在硬盘上，是二进制的，在里面存储的是一行一行的指令，这些指令会操作一些数据
2. 进程开始运行，会有独立的内存空间，相互隔离但不连续 - 程序会分别加载到进程A和进程B的内存空间里面，形成各自的代码段
3. 程序在运行过程中要操作的数据和产生的计算结果，都会放在数据段(内存)里
4. 在CPU的控制单元里面，有一个指令指针寄存器，记录的是下一条指令在内存中的地址 - 控制单元会不停地将代码段的指令拿进来，先放入指令寄存器
5. 指令的组成部分：做什么操作 + 操作哪些数据 - 要执行指令，需要将第一部分交给运算单元，将第二部分交给数据单元
6. 数据单元根据数据的地址，从数据段里读取数据到数据寄存器，最终会有指令将数据写回到内存中的数据段
7. CPU里有两个寄存器，专门保存当前处理进程的代码段起始地址和数据段起始地址，图中的当前进程为进程A
8. CPU和内存通过总线传输数据，总线上有两类数据 - 地址总线(Address Bus)：地址数据，位数决定了能访问的地址有多广 - 数据总线(Data Bus)：真正的数据，位数决定了一次性能拿多少数据
x86架构
型号
8086的原理
通用寄存器
控制单元
- IP寄存器(Instruction Pointer Register)即指令指针寄存器
- 指向代码段中下一条指令的位置
- CPU会根据IP寄存器不断地将指令从内存的代码段中，加载到CPU的指令队列中，然后交给运算单元去执行
- 切换进程
- 每个进程都分为代码段和数据段
- 为了指向不同进程的地址空间，有4个16位的段寄存器，分别是CS、DS、SS和ES
- CS(Code Segment Register)是代码段寄存器，通过它可以找到代码在内存中的位置
- DS(Data Segment Register)是数据段寄存器，通过它可以找到数据在内存中的位置
- SS(Stack Segment Register)是栈寄存器，但凡与函数调用相关的操作，都与栈紧密相关
- A调用B，B调用C
- 当A调用B的时候，要执行B函数的逻辑，因而A运行的相关信息会被push到栈里
- 当B调用C的时候，同理，B运行的相关信息会被push到栈里，然后才运行C函数的逻辑
- 当C运行完毕后，先pop出来的是B，B接着调用C函数之后的指令运行下去
- B运行完毕后，再pop出来的是A，A接着运行，直至结束
加载内存数据
- 代码段的偏移量放在IP寄存器
- 数据段的偏移量放在通用寄存器
- 凑20位：起始地址 << 4 + 偏移量
- 如果想访问1M+X的地方，在总线上超过20位的部分根本发不出去，最后访问的还是1M内的X位置
32位处理器
兼容
1. 通用寄存器 - 将8个16位的通用寄存器扩展到8个32位的通用寄存器，但依然保留16位和8位的使用方式 - 高16位不能分成两个8位使用，因为这是不兼容的
2. IP寄存器 - 指向下一条指令的指令指针寄存器IP，会扩展成32位的，同样兼容16位
3. 段寄存器(Segment Register) - CS、DS、SS和ES仍然是16位，但不再是段的起始地址，段的起始地址放在内存的某个地方(表格)
- 表格中的一项是段描述符(Segment Descriptor)，里面才是段真正的起始地址 - 而段寄存器里面保存的是这个表格中的某一项，称为选择子(Selector)
- 获取段起始地址的流程：先间接地从段寄存器中找到表格中的一项，再从表格中的一项拿到段真正的起始地址
- 为了快速拿到段的起始地址，段寄存器会从内存中拿到CPU的描述符高速缓存器中
- 这种模式与8086的模式不兼容，但非常灵活，可以保持未来的兼容性
实模式 VS 保护模式
系统交互
常用汇编指令
mov, call, jmp, int, ret, add, or, xor, shl, shr, push, pop, inc, dec, sub, cmp
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