A. 学习编译原理之前需要学哪些知识
1.你要学到什么水平?是想考试考好还是想实际写出来一个足够强度的编译器?如果是前者,就一句:努力当学霸才是你唯一的出路。
2.对于scanner &parser的话,对于书上所讲的算法的要求是很高的,有很大的依赖性,所以必须理解透彻,即使没有机会实现也要自己动手画画。同时这也是本科阶段所学的编译原理的所有内容。虽然flex和bison很好使,但是强烈不建议使用。
3.对于生成器、连接器或者解释器的话,那么你要了解汇编语言、微处理器、微机接口等计算机基础学科。简单的说就是从底层学到高级语言的层面。这个要求是很高的,毕竟涉及到二进制代码优化等很麻烦的。
B. 编译器构造原理
编译器,是将便于人编写,阅读,维护的高级计算机语言翻译为计算机能识别,运行的低级机器语言的程序。
编译器将源程序作为输入,翻译产生使用目标语言的等价程序。源程序一般为高级语言,如C++等,而目标语言则是汇编语言或目标机器的目标代码,有时也称作机器代码。
一个现代编译器的主要工作流程如下:
源代码→预处理器→编译器→汇编程序→目标代码→连接器→可执行程序
C. C语言编译原理是什么
编译共分为四个阶段:预处理阶段、编译阶段、汇编阶段、链接阶段。
1、预处理阶段:
主要工作是将头文件插入到所写的代码中,生成扩展名为“.i”的文件替换原来的扩展名为“.c”的文件,但是原来的文件仍然保留,只是执行过程中的实际文件发生了改变。(这里所说的替换并不是指原来的文件被删除)
2、汇编阶段:
插入汇编语言程序,将代码翻译成汇编语言。编译器首先要检查代码的规范性、是否有语法错误等,以确定代码的实际要做的工作,在检查无误后,编译器把代码翻译成汇编语言,同时将扩展名为“.i”的文件翻译成扩展名为“.s”的文件。
3、编译阶段:
将汇编语言翻译成机器语言指令,并将指令打包封存成可重定位目标程序的格式,将扩展名为“.s”的文件翻译成扩展名为“.o”的二进制文件。
4、链接阶段:
在示例代码中,改代码文件调用了标准库中printf函数。而printf函数的实际存储位置是一个单独编译的目标文件(编译的结果也是扩展名为“.o”的文件),所以此时主函数调用的时候,需要将该文件(即printf函数所在的编译文件)与hello world文件整合到一起,此时链接器就可以大显神通了,将两个文件合并后生成一个可执行目标文件。
D. 学好“计算机编译原理”需要具备其他一些知识么
1.你要学到什么水平?是想考试考好还是想实际写出来一个足够强度的编译器?如果是前者,就一句:努力当学霸才是你唯一的出路。
2.对于scanner &parser的话,对于书上所讲的算法的要求是很高的,有很大的依赖性,所以必须理解透彻,即使没有机会实现也要自己动手画画。同时这也是本科阶段所学的编译原理的所有内容。虽然flex和bison很好使,但是强烈不建议使用。
3.对于生成器、连接器或者解释器的话,那么你要了解汇编语言、微处理器、微机接口等计算机基础学科。简单的说就是从底层学到高级语言的层面。这个要求是很高的,毕竟涉及到二进制代码优化等很麻烦的。
E. “编译”与“编译器”是什么意思
编译是动词
编译器是名词
编译(compilation , compile)
1、利用编译程序从源语言编写的源程序产生目标程序的过程。
2、用编译程序产生目标程序的动作。
编译就是把高级语言变成计算机可以识别的2进制语言,计算机只认识1和0,编译程序把人们熟悉的语言换成2进制的。
编译程序把一个源程序翻译成目标程序的工作过程分为五个阶段:词法分析;语法分析;中间代码生成;代码优化;目标代码生成。主要是进行词法分析和语法分析,又称为源程序分析,分析过程中发现有语法错误,给出提示信息。
(1) 词法分析
词法分析的任务是对由字符组成的单词进行处理,从左至右逐个字符地对源程序进行扫描,产生一个个的单词符号,把作为字符串的源程序改造成为单词符号串的中间程序。执行词法分析的程序称为词法分析程序或扫描器。
源程序中的单词符号经扫描器分析,一般产生二元式:单词种别;单词自身的值。单词种别通常用整数编码,如果一个种别只含一个单词符号,那么对这个单词符号,种别编码就完全代表它自身的值了。若一个种别含有许多个单词符号,那么,对于它的每个单词符号,除了给出种别编码以外,还应给出自身的值。
词法分析器一般来说有两种方法构造:手工构造和自动生成。手工构造可使用状态图进行工作,自动生成使用确定的有限自动机来实现。
(2) 语法分析
编译程序的语法分析器以单词符号作为输入,分析单词符号串是否形成符合语法规则的语法单位,如表达式、赋值、循环等,最后看是否构成一个符合要求的程序,按该语言使用的语法规则分析检查每条语句是否有正确的逻辑结构,程序是最终的一个语法单位。编译程序的语法规则可用上下文无关文法来刻画。
语法分析的方法分为两种:自上而下分析法和自下而上分析法。自上而下就是从文法的开始符号出发,向下推导,推出句子。而自下而上分析法采用的是移进归约法,基本思想是:用一个寄存符号的先进后出栈,把输入符号一个一个地移进栈里,当栈顶形成某个产生式的一个候选式时,即把栈顶的这一部分归约成该产生式的左邻符号。
(3) 中间代码生成
中间代码是源程序的一种内部表示,或称中间语言。中间代码的作用是可使编译程序的结构在逻辑上更为简单明确,特别是可使目标代码的优化比较容易实现。中间代码即为中间语言程序,中间语言的复杂性介于源程序语言和机器语言之间。中间语言有多种形式,常见的有逆波兰记号、四元式、三元式和树。
(4) 代码优化
代码优化是指对程序进行多种等价变换,使得从变换后的程序出发,能生成更有效的目标代码。所谓等价,是指不改变程序的运行结果。所谓有效,主要指目标代码运行时间较短,以及占用的存储空间较小。这种变换称为优化。
有两类优化:一类是对语法分析后的中间代码进行优化,它不依赖于具体的计算机;另一类是在生成目标代码时进行的,它在很大程度上依赖于具体的计算机。对于前一类优化,根据它所涉及的程序范围可分为局部优化、循环优化和全局优化三个不同的级别。
(5) 目标代码生成
目标代码生成是编译的最后一个阶段。目标代码生成器把语法分析后或优化后的中间代码变换成目标代码。目标代码有三种形式:
① 可以立即执行的机器语言代码,所有地址都重定位;
② 待装配的机器语言模块,当需要执行时,由连接装入程序把它们和某些运行程序连接起来,转换成能执行的机器语言代码;
③ 汇编语言代码,须经过汇编程序汇编后,成为可执行的机器语言代码。
目标代码生成阶段应考虑直接影响到目标代码速度的三个问题:一是如何生成较短的目标代码;二是如何充分利用计算机中的寄存器,减少目标代码访问存储单元的次数;三是如何充分利用计算机指令系统的特点,以提高目标代码的质量。
编译器,是将便于人编写,阅读,维护的高级计算机语言翻译为计算机能解读、运行的低阶机器语言的程序。编译器将原始程序(Source program)作为输入,翻译产生使用目标语言(Target language)的等价程序。源代码一般为高阶语言 (High-level language), 如 Pascal、C++、Java 等,而目标语言则是汇编语言或目标机器的目标代码(Object code),有时也称作机器代码(Machine code)。
一个现代编译器的主要工作流程如下:
源代码 (source code) → 预处理器 (preprocessor) → 编译器 (compiler) → 汇编程序 (assembler) → 目标代码 (object code) → 连接器 (Linker) → 可执行程序 (executables)
工作原理
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编译是从源代码(通常为高阶语言)到能直接被计算机或虚拟机执行的目标代码(通常为低阶语言或机器语言)的翻译过程。然而,也存在从低阶语言到高阶语言的编译器,这类编译器中用来从由高阶语言生成的低阶语言代码重新生成高阶语言代码的又被叫做反编译器。也有从一种高阶语言生成另一种高阶语言的编译器,或者生成一种需要进一步处理的的中间代码的编译器(又叫级联)。
典型的编译器输出是由包含入口点的名字和地址, 以及外部调用(到不在这个目标文件中的函数调用)的机器代码所组成的目标文件。一组目标文件,不必是同一编译器产生,但使用的编译器必需采用同样的输出格式,可以链接在一起并生成可以由用户直接执行的可执行程序。
编译器种类
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编译器可以生成用来在与编译器本身所在的计算机和操作系统(平台)相同的环境下运行的目标代码,这种编译器又叫做“本地”编译器。另外,编译器也可以生成用来在其它平台上运行的目标代码,这种编译器又叫做交叉编译器。交叉编译器在生成新的硬件平台时非常有用。“源码到源码编译器”是指用一种高阶语言作为输入,输出也是高阶语言的编译器。例如: 自动并行化编译器经常采用一种高阶语言作为输入,转换其中的代码,并用并行代码注释对它进行注释(如OpenMP)或者用语言构造进行注释(如FORTRAN的DOALL指令)。
预处理器(preprocessor)
作用是通过代入预定义等程序段将源程序补充完整。
编译器前端(frontend)
前端主要负责解析(parse)输入的源代码,由语法分析器和语意分析器协同工作。语法分析器负责把源代码中的‘单词’(Token)找出来,语意分析器把这些分散的单词按预先定义好的语法组装成有意义的表达式,语句 ,函数等等。 例如“a = b + c;”前端语法分析器看到的是“a, =, b , +, c;”,语意分析器按定义的语法,先把他们组装成表达式“b + c”,再组装成“a = b + c”的语句。 前端还负责语义(semantic checking)的检查,例如检测参与运算的变量是否是同一类型的,简单的错误处理。最终的结果常常是一个抽象的语法树(abstract syntax tree,或 AST),这样后端可以在此基础上进一步优化,处理。
编译器后端(backend)
编译器后端主要负责分析,优化中间代码(Intermediate representation)以及生成机器代码(Code Generation)。
一般说来所有的编译器分析,优化,变型都可以分成两大类: 函数内(intraproceral)还是函数之间(interproceral)进行。很明显,函数间的分析,优化更准确,但需要更长的时间来完成。
编译器分析(compiler analysis)的对象是前端生成并传递过来的中间代码,现代的优化型编译器(optimizing compiler)常常用好几种层次的中间代码来表示程序,高层的中间代码(high level IR)接近输入的源代码的格式,与输入语言相关(language dependent),包含更多的全局性的信息,和源代码的结构;中层的中间代码(middle level IR)与输入语言无关,低层的中间代码(Low level IR)与机器语言类似。 不同的分析,优化发生在最适合的那一层中间代码上。
常见的编译分析有函数调用树(call tree),控制流程图(Control flow graph),以及在此基础上的 变量定义-使用,使用-定义链(define-use/use-define or u-d/d-u chain),变量别名分析(alias analysis),指针分析(pointer analysis),数据依赖分析(data dependence analysis)等等。
上述的程序分析结果是编译器优化(compiler optimization)和程序变形(compiler transformation)的前提条件。常见的优化和变新有:函数内嵌(inlining),无用代码删除(Dead code elimination),标准化循环结构(loop normalization),循环体展开(loop unrolling),循环体合并,分裂(loop fusion,loop fission),数组填充(array padding),等等。 优化和变形的目标是减少代码的长度,提高内存(memory),缓存(cache)的使用率,减少读写磁盘,访问网络数据的频率。更高级的优化甚至可以把序列化的代码(serial code)变成并行运算,多线程的代码(parallelized,multi-threaded code)。
机器代码的生成是优化变型后的中间代码转换成机器指令的过程。现代编译器主要采用生成汇编代码(assembly code)的策略,而不直接生成二进制的目标代码(binary object code)。即使在代码生成阶段,高级编译器仍然要做很多分析,优化,变形的工作。例如如何分配寄存器(register allocatioin),如何选择合适的机器指令(instruction selection),如何合并几句代码成一句等等。
编译语言与直译语言对比
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许多人将高阶程序语言分为两类: 编译型语言 和 直译型语言 。然而,实际上,这些语言中的大多数既可用编译型实现也可用直译型实现,分类实际上反映的是那种语言常见的实现方式。(但是,某些直译型语言,很难用编译型实现。比如那些允许 在线代码更改 的直译型语言。)
历史
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上世纪50年代,IBM的John Backus带领一个研究小组对FORTRAN语言及其编译器进行开发。但由于当时人们对编译理论了解不多,开发工作变得既复杂又艰苦。与此同时,Noam Chomsky开始了他对自然语言结构的研究。他的发现最终使得编译器的结构异常简单,甚至还带有了一些自动化。Chomsky的研究导致了根据语言文法的难易程度以及识别它们所需要的算法来对语言分类。正如现在所称的Chomsky架构(Chomsky Hierarchy),它包括了文法的四个层次:0型文法、1型文法、2型文法和3型文法,且其中的每一个都是其前者的特殊情况。2型文法(或上下文无关文法)被证明是程序设计语言中最有用的,而且今天它已代表着程序设计语言结构的标准方式。分析问题(parsing problem,用于上下文无关文法识别的有效算法)的研究是在60年代和70年代,它相当完善的解决了这个问题。现在它已是编译原理中的一个标准部分。
有限状态自动机(Finite Automaton)和正则表达式(Regular Expression)同上下文无关文法紧密相关,它们与Chomsky的3型文法相对应。对它们的研究与Chomsky的研究几乎同时开始,并且引出了表示程序设计语言的单词的符号方式。
人们接着又深化了生成有效目标代码的方法,这就是最初的编译器,它们被一直使用至今。人们通常将其称为优化技术(Optimization Technique),但因其从未真正地得到过被优化了的目标代码而仅仅改进了它的有效性,因此实际上应称作代码改进技术(Code Improvement Technique)。
当分析问题变得好懂起来时,人们就在开发程序上花费了很大的功夫来研究这一部分的编译器自动构造。这些程序最初被称为编译器的编译器(Compiler-compiler),但更确切地应称为分析程序生成器(Parser Generator),这是因为它们仅仅能够自动处理编译的一部分。这些程序中最着名的是Yacc(Yet Another Compiler-compiler),它是由Steve Johnson在1975年为Unix系统编写的。类似的,有限状态自动机的研究也发展了一种称为扫描程序生成器(Scanner Generator)的工具,Lex(与Yacc同时,由Mike Lesk为Unix系统开发)是这其中的佼佼者。
在70年代后期和80年代早期,大量的项目都贯注于编译器其它部分的生成自动化,这其中就包括了代码生成。这些尝试并未取得多少成功,这大概是因为操作太复杂而人们又对其不甚了解。
编译器设计最近的发展包括:首先,编译器包括了更加复杂算法的应用程序它用于推断或简化程序中的信息;这又与更为复杂的程序设计语言的发展结合在一起。其中典型的有用于函数语言编译的Hindley-Milner类型检查的统一算法。其次,编译器已越来越成为基于窗口的交互开发环境(Interactive Development Environment,IDE)的一部分,它包括了编辑器、连接程序、调试程序以及项目管理程序。这样的IDE标准并没有多少,但是对标准的窗口环境进行开发已成为方向。另一方面,尽管近年来在编译原理领域进行了大量的研究,但是基本的编译器设计原理在近20年中都没有多大的改变,它现在正迅速地成为计算机科学课程中的中心环节。
在九十年代,作为GNU项目或其它开放源代码项目标一部分,许多免费编译器和编译器开发工具被开发出来。这些工具可用来编译所有的计算机程序语言。它们中的一些项目被认为是高质量的,而且对现代编译理论感兴趣的人可以很容易的得到它们的免费源代码。
大约在1999年,SGI公布了他们的一个工业化的并行化优化编译器Pro64的源代码,后被全世界多个编译器研究小组用来做研究平台,并命名为Open64。Open64的设计结构好,分析优化全面,是编译器高级研究的理想平台。
F. 电脑编程的基础知识——编译器和连接器
我从没见过(不过应该有)任何一本C++教材有讲过何谓编译器(Compiler)及连接器(Linker)(倒是在很老的C教材中见过),现在都通过一个类似VC这样的编程环境隐藏了大量东西,将这些封装起来。在此,对它们的理解是非常重要的,本系列后面将大量运用到这两个词汇,其决定了能否理解如声明、定义、外部变量、头文件等非常重要的关键。
前面已经说明了电脑编程就是一个“翻译”过程,要把用户的程序翻译成CPU指令,其实也就是机器代码。所谓的机器代码就是用CPU指令书写的程序,被称作低级语言。而程序员的工作就是编写出机器代码。由于机器代码完全是一些数字组成(CPU感知的一切都是数字,即使是指令,也只是1代表加法、2代表减法这一类的数字和工作的映射),人要记住1是代表加法、2是代表减法将比较困难,并且还要记住第3块内存中放的是圆周率,而第4块内存中放的是有效位数。所以发明了汇编语言,用一些符号表示加法而不再用1了,如用ADD表示加法等。
由于使用了汇编语言,人更容易记住了,但是电脑无法理解(其只知道1是加颂隐法,不知道ADD是加法,因为电脑只能看见数字),所以必须有个东西将汇编代码翻译成机器代码,也就是所谓的编译器。即编译器是将一种语言翻译成另一种语言的程序。即使使用了汇编语言,但由于其几乎只是将CPU指令中的数字映射成符号以帮助记忆而已,还是使用的空迹电脑的思考方式进行思考的,不够接近人类的思考习惯,故而出现了纷繁复杂的各种电脑编程语言,如:PASCAL、BASIC、C等,其被称作高级语言,因为比较接近人的思考模式(尤其C++的类的概念的推出),而汇编语言则被称作低级语言(C曾被称作高级的低级语言),因为它们不是很符合人类的思考模式,人类书野亏厅写起来比较困难。由于CPU同样不认识这些PASCAL、BASIC等语言定义的符号,所以也同样必须有一个编译器把这些语言编写的代码转成机器代码。对于这里将要讲到的C++语言,则是C++语言编译器(以后的编译器均指C++语言编译器)。
因此,这里所谓的编译器就是将我们书写的C++源代码转换成机器代码。由于编译器执行一个转换过程,所以其可以对我们编写的代码进行一些优化,也就是说其相当于是一个CPU指令程序员,将我们提供的程序翻译成机器代码,不过它的工作要简单一些了,因为从人类的思考方式转成电脑的思考方式这一过程已经由程序员完成了,而编译器只是进行翻译罢了(最多进行一些优化)。
还有一种编译器被称作翻译器(Translator),其和编译器的区别就是其是动态的而编译器是静态的。如前面的BASIC的编译器在早期版本就被称为翻译器,因为其是在运行时期即时进行翻译工作的,而不像编译器一次性将所有代码翻成机器代码。对于这里的“动态”、“静态”和“运行时期”等名词,不用刻意去理解它,随着后续文章的阅读就会了解了。
编译器把编译后(即翻译好的)的代码以一定格式(对于VC,就是COFF通用对象文件格式,扩展名为.obj)存放在文件中,然后再由连接器将编译好的机器代码按一定格式在Windows操作系统下就是Portable Executable File Format--PE文件格式)存储在文件中,以便以后操作系统执行程序时能按照那个格式找到应该执行的第一条指令或其他东西,如资源等。至于为什么中间还要加一个连接器以及其它细节,在后续文章中将会进一步说明。
G. 跪求一份linux下网络编程的学习心得
正好我上午正在看的这篇:
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解答:学习Linux的四个步骤
假设你是计算机科班出身,计算机系的基本课程如数据结构、操作系统、体系结构、编译原理、计算机网络你全修过
我想大概可以分为4个阶段,水平从低到高
从安装使用=>linux常用命令=>linux系统编程=>内核开发阅读内核源码
其中学习linux常用命令时就要学会自己编译内核,优化系统,调整参数
安装和常用命令书太多了,找本稍微详细点的就ok,其间需要学会正则表达式
系统编程推荐《高级unix环境编程》,黑话叫APUE
还有《unix网络编程》
这时候大概还需要看资料理解elf文件格式,连接器和加载器,cmu的一本教材中文名为《深入理解计算机系统》比较好
内核开发阅读内核源码阶段,从写驱动入手逐渐深入linux内核开发
参考书如下《linux device drivers》,黑话叫ldd
《linux kernel development》,黑话叫lkd
《understading the linux kernel》,黑话叫utlk
《linux源码情景分析》
这四本书为搞内核的必读书籍
最后,第三阶段和第四阶段最重动手,空言无益,光看书也不罩,不动手那些东西理解不了
学习linux/unix编程方法的建议
建议学习路径:
首先先学学编辑器,vim, emacs什么的都行。
然后学make file文件,只要知道一点就行,这样就可以准备编程序了。
然后看看《C程序设计语言》K&R,这样呢,基本上就可以进行一般的编程了,顺便找本数据结构的书来看。
如果想学习UNIX/LINUX的编程,《APUE》绝对经典的教材,加深一下功底,学习《UNP》的第二卷。这样基本上系统方面的就可以掌握了。
然后再看Douglus E. Comer的《用TCP/IP进行网际互连》第一卷,学习一下网络的知识,再看《UNP》的第一卷,不仅学习网络编程,而且对系统编程的一些常用的技巧就很熟悉了,如果继续网络编程,建议看《TCP/IP进行网际互连》的第三卷,里面有很多关于应用协议telnet、ftp等协议的编程。
如果想写设备驱动程序,首先您的系统编程的接口比如文件、IPC等必须要熟知了,再学习《LDD》2。
对于几本经典教材的评价:
《The C Programing Language》K&R 经典的C语言程序设计教材,作者是C语言的发明者,教材内容深入浅出。虽然有点老,但是必备的一本手册,现在有时候我还常翻翻。篇幅比较小,但是每看一遍,就有一遍的收获。另外也可用谭浩强的《C语言程序设计》代替。
《Advanced Programing in Unix Envirement》 W.Richard Stevens:也是非常经典的书(废话,Stevens的书哪有不经典的!),虽然初学者就可以看,但是事实上它是《Unix Network Programing》的一本辅助资料。国内的翻译的《UNIX环境高级编程》的水平不怎么样,现在有影印版,直接读英文比读中文来得容易。
《Unix Network Programing》W.Richard Stevens:第一卷讲BSD Socket网络编程接口和另外一种网络编程接口的,不过现在一般都用BSD Socket,所以这本书只要看大约一半多就可以了。第二卷没有设计到网络的东西,主要讲进程间通讯和Posix线程。所以看了《APUE》以后,就可以看它了,基本上系统的东西就由《APUE》和《UNP》vol2概括了。看过《UNP》以后,您就会知道系统编程的绝大部分编程技巧,即使卷一是讲网络编程的。国内是清华翻译得《Unix网络编程》,翻译者得功底也比较高,翻译地比较好。所以建议还是看中文版。
《TCP/IP祥解》一共三卷,卷一讲协议,卷二讲实现,卷三讲编程应用。我没有怎么看过。,但是据说也很经典的,因为我没有时间看卷二,所以不便评价。
《用TCP/IP进行网际互连》Douglus.E.Comer 一共三卷,卷一讲原理,卷二讲实现,卷三讲高级协议。感觉上这一套要比Stevens的那一套要好,就连Stevens也不得不承认它的第一卷非常经典。事实上,第一卷即使你没有一点网络的知识,看完以后也会对网络的来龙去脉了如指掌。第一卷中还有很多习题也设计得经典和实用,因为作者本身就是一位教师,并且卷一是国外研究生的教材。习题并没有答案,留给读者思考,因为问题得答案可以让你成为一个中级的Hacker,这些问题的答案可以象Douglus索取,不过只有他只给教师卷二我没有怎么看,卷三可以作为参考手册,其中地例子也很经典。如果您看过Qterm的源代码,就会知道Qterm的telnet 实现部分大多数就是从这本书的源代码过来的。对于网络原理的书,我推荐它,而不是Stevens的《TCP/IP祥解》。
《Operating System - Design and Implement》这个是讲操作系统的书,用Minix做的例子。作者母语不是英文,所以英文看起来比较晦涩。国内翻译的是《操作系统设计与实现》,我没看过中文版,因为翻译者是尤晋元,他翻译的《APUE》已经让我失望头顶了。读了这本书,对操作系统的底层怎么工作的就会
有一个清晰的认识。
《Linux Device Driver》2e ,为数不多的关于Linux设备驱动程序的好书。不过内容有些杂乱,如果您没有一些写驱动的经验,初次看会有些摸不着南北。国内翻译的是《Linux设备驱动程序》第二版,第一版,第二版的译者我都有很深的接触,不过总体上来说,虽然第二版翻译的有些不尽人意,但是相比第一版来说已经超出了一大截。要读这一本书,至少应该先找一些《计算机原理》《计算机体系结构》的书来马马虎虎读读,至少应该对硬件和计算机的工作过程有一些了解。