計算機系統實踐教程：基於x86+Linux平臺

朱光輝，南京大學計算機學院特聘研究員、助理教授，江蘇省計算機學會優博，江蘇省“雙創博士”，華為“難題揭榜”火花獎獲得者，英特爾中國學術英才計劃榮譽學者，教育部-華為“智能基座”先鋒教師，產教融合協同育人基地優秀課件獎勵計劃獲得者，南京大學“師德師風”先進團隊核心成員。長期從事“計算機系統基礎”“大數據處理綜合實驗”“智能計算系統”等系統類課程教學工作，作為主編之一編寫出版“101計劃”核心教材和江蘇“十四五”普通高等教育本科省級規劃教材一《計算機系統：基於x86+Linux平臺》。研究方向為大數據與智能計算，在國內外著名會議/期刊發表高水平論文30余篇，主持國家自然科學基金項目、江蘇省自然科學基金項目、江蘇省科技廳重點研發計劃課題、之江實驗窒室開放課題、教育部產學合作協同育人項目以及企業橫向合作項目多項，研究成果在國際人工智能自動化AI建模大賽中6次獲得前三名，並榮獲第五屆中國“互聯網+”創新創業大賽全國金獎，相關技術已落地應用於華為、奇虎360等IT企業。

出版說明
前言
第一部分 基礎級驗證實驗
第1章 實驗系統的安裝和工具軟件的使用
實驗1 實驗系統的安裝和配置
實驗2 常用命令和工具軟件的使用
第2章 程序調試命令和指令系統基礎
實驗1 程序調試命令
實驗2 IA-32指令系統基礎
實驗3 在C程序中嵌入匯編指令
第3章 數據的機器級表示實驗
實驗1 整型數據的真值與機器數
實驗2 浮點型數據的真值與機器數
實驗3 數據的寬度與存放順序
實驗4 不同整型數據之間的轉換
實驗5 整型數據與浮點型數據之間的轉換
第4章 數據的基本運算實驗
實驗1 整數加減運算
實驗2 整數乘運算
實驗3 整數除運算
實驗4 浮點數運算
第5章 程序的機器級表示實驗
實驗1 過程調用的實現和棧幀結構
實驗2 流程控制語句的實現
實驗3 覆雜數據類型的分配和訪問
實驗4 緩沖區溢出攻擊
實驗5 x86-64架構中程序的機器級表示
第二部分 模塊級分析實驗
第6章 二進制程序分析與逆向工程
實驗1 字符串比較
實驗2 浮點數的表示
實驗3 循環控制語句
實驗4 選擇-分支控制語句
實驗5 過程的遞歸調用
實驗6 數組類型變量的處理
實驗7 指針類型變量的處理
實驗8 結構體類型變量與鏈表的處理
第7章 緩沖區溢出攻擊
實驗1 獲得對程序的控制
實驗2 植入攻擊代碼
實驗3 模擬過程調用
實驗4 應對棧地址隨機化
實驗5 ROP攻擊
第8章 程序鏈接與ELF目標文件
實驗1 數據與ELF數據節
實驗2 指令與ELF代碼節
實驗3 符號解析
實驗4 switch語句與鏈接
實驗5 重定位
實驗6 位置無關代碼
第三部分 系統級設計實驗
第9章 實驗工具和實驗環境設置
9.1 方案1：下載並運行Docker鏡像
9.2 方案2：導入虛擬機
9.3 方案3：安裝並配置虛擬機
9.4 瀏覽框架代碼
9.5 線上資源
第10章 數據表示和運算的模擬
10.1 PA1-1通用寄存器和主存的模擬
10.2 PA1-2整數的表示和運算
10.3 PA1-3浮點數的表示和運算
第11章 程序加載執行的模擬
11.1 PA2-1指令解碼與執行
11.2 PA2-2 Kernel加載ELF文件
第12章 存儲系統的模擬
12.1 PA3-1高速緩存的模擬
12.2 PA3-2實現分段機制
12.3 PA3-3實現分頁機制
第13章 異常/中斷與I/O子系統的模擬
13.1 PA4-1異常和中斷的處理
13.2 PA4-2外設與I/O處理
13.3 PA4-3可選任務：遊戲移植
第四部分 高階綜合編程與分析實驗
第14章 堆棧的使用及堆分配器的實現
實驗1 堆空間的使用
實驗2 堆分配器的實現
實驗3 運行時棧的使用
第15章 程序正確性與程序性能優化
實驗1 大整數的乘及取模運算
實驗2 x86-64內聯匯編
實驗3 程序性能調優
第16章 網絡編程與並發編程
實驗1 基於客戶-服務器模式的遠程計算器
實驗2 基於並發編程的遠程計算器
實驗3 基於線程池的遠程計算器性能優化
總結