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页数:150

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出版时间:2007-6

价格:13.00元

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isbn号码:9787561737422

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《深入理解计算机系统：原理、实践与未来展望》 图书简介 本书旨在为读者构建一个全面、深入且前沿的计算机系统知识体系。不同于专注于特定编程语言或应用开发的教程，《深入理解计算机系统》的核心目标是剖析计算机系统从硬件基础到高级软件应用之间的所有关键层级，揭示它们如何协同工作，以及如何影响程序性能、安全性和可靠性。 本书内容涵盖了现代计算机科学领域中最具挑战性也最核心的知识点，结构上遵循“自底向上”的逻辑展开，确保读者能够扎实地理解每一个抽象背后的物理和逻辑实现。 --- 第一部分：硬件基础与底层逻辑 本部分是理解整个系统的基石，我们将从最底层的物理实现开始，逐步抽象至指令集架构。 第1章：信息表示与数据结构 本章将超越传统的数据类型介绍，深入探讨数字世界的信息本质。内容包括： 二进制与补码系统： 详细解析计算机如何精确表示有符号和无符号整数，以及浮点数的IEEE 754标准，重点分析其在精度限制和溢出处理上的工程考量。 数据的多精度表示： 探讨在需要高精度计算或处理超大整数时，如何设计和实现可变长度的数据结构。 字节序（Endianness）： 深入讲解大端序与小端序的差异，及其在跨平台数据交换和网络编程中的关键作用。 基本逻辑门与组合电路： 从晶体管层面追溯到实现基本的算术逻辑单元（ALU），理解加法器、多路复用器等核心组件的构建原理。 第2章：CPU架构与指令集（ISA） 本章聚焦于中央处理器的工作机制，重点关注现代高性能处理器的设计哲学。 精简指令集（RISC）与复杂指令集（CISC）的对比： 分析两种主流架构的设计哲学及其对编译器优化的影响。 数据通路与控制单元： 剖析指令的取指、译码、执行、访存和写回五个阶段的流水线结构，探讨如何通过增加并行度来提升吞吐量。 异常与中断处理： 详细描述硬件如何响应外部事件和内部错误（如除零、缺页），以及操作系统如何接管控制流，确保系统稳定性。 向量化与SIMD指令集： 介绍现代处理器如何通过单指令多数据操作加速图形处理、科学计算和多媒体编解码。 --- 第二部分：系统软件与抽象层 这一部分是连接硬件与应用软件的桥梁，重点讨论操作系统和编译器的核心职能。 第3章：程序的编译与链接 本章追溯源代码到可执行文件的全过程，这是理解程序行为预判和调试的基础。 预处理、编译、汇编和链接： 详细解析每个阶段的输出和输入，特别是汇编代码的生成过程。 目标代码格式（ELF/Mach-O）： 深入分析可重定位目标文件、可执行文件以及共享库的内部结构，包括代码段、数据段、符号表和重定位条目。 静态链接与动态链接的机制： 对比两种链接方式的优缺点，重点解析动态链接器（如ld.so）如何在运行时解析和加载共享对象，以及GOT/PLT表的原理。 第4章：内存管理与虚拟内存 虚拟内存是现代操作系统性能和安全的核心保障。 地址翻译过程： 详尽阐述从虚拟地址到物理地址的转换机制，包括页表结构、多级页表设计，以及性能优化手段——快表（TLB）。 内存分配与回收： 分析内核态（如伙伴系统）和用户态（如`malloc`/`free`实现）的内存分配策略，如首次适应、最佳适应等，并探讨内存碎片化问题。 内存保护与隔离： 阐述如何利用页表权限位实现进程隔离、防止越界访问，以及数据执行保护（DEP）和地址空间布局随机化（ASLR）如何增强安全性。 第5章：进程与线程控制 本章探讨并发编程的底层实现，是理解多任务系统的关键。 进程的上下文切换： 描述操作系统内核如何保存和恢复进程状态，以及这一操作的时间开销。 线程模型与用户级/内核级线程： 分析1:1、M:N等线程模型的优劣，以及用户级线程库（如Green Threads）的实现思路。 进程间通信（IPC）： 全面介绍管道、消息队列、共享内存和信号量等通信机制的底层调用和性能特征。 --- 第三部分：系统性能与并发编程 本部分将知识点聚焦于如何编写高效、无错的并发代码，并分析系统瓶颈。 第6章：I/O系统与网络编程 本章从系统调用的角度审视数据输入输出，特别是网络通信的抽象。 内核I/O子系统： 分析标准I/O库（如`stdio`）与底层系统调用（如`read`/`write`）之间的关系，探讨缓冲区管理和零拷贝技术。 同步I/O与非同步I/O： 深入解析阻塞、非阻塞I/O的选择，以及`select`/`poll`/`epoll`/`kqueue`等I/O多路复用技术的工作原理和适用场景。 TCP/IP协议栈的内核实现概览： 简要介绍Socket API之下，数据包如何在操作系统网络协议栈中穿梭，并关注拥塞控制的基本策略。 第7章：并发控制与同步原语 构建正确并发程序的挑战在于同步。 并发问题的根源： 详细分析竞态条件、死锁、活锁和饥饿现象的成因。 同步工具的底层实现： 探讨互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）以及条件变量（Condition Variable）是如何基于硬件提供的原子操作（如Test-and-Set或Compare-and-Swap）实现的。 无锁编程（Lock-Free）： 介绍如何利用CAS等原语设计高效的无锁数据结构，以避免传统锁带来的上下文切换开销。 第8章：缓存层次结构与性能优化 理解内存访问速度的巨大差异是程序优化的核心。 L1、L2、L3缓存的工作原理： 深入讲解缓存的组织方式（组相联、直接映射）、块（Block）的放置策略、替换算法（LRU的近似实现）以及写策略。 局部性原理（Temporal and Spatial Locality）： 阐述如何通过数据布局和访问模式设计来最大化缓存命中率。 性能分析工具： 介绍如何使用性能分析器（如`perf`或硬件性能计数器）来识别代码中的缓存未命中瓶颈，指导程序重构。 --- 第四部分：系统安全与新兴趋势 本部分关注系统层面的安全防护机制和未来发展方向。 第9章：系统安全基础 安全漏洞往往源于对系统抽象层理解的缺失。 缓冲区溢出攻击： 详细剖析栈溢出和堆溢出攻击的原理，包括返回地址覆盖、ROP链构造。 防御机制解析： 深入解读栈保护金丝雀（Stack Canaries）、地址空间布局随机化（ASLR）和数据执行保护（NX Bit）等现代编译器和操作系统提供的保护措施的工作机制。 权限模型： 探讨Unix/Linux系统的用户ID、组ID以及特权提升（如SUID/SGID位）的底层实现。 第10章：并行计算模型与未来展望 系统架构正朝着大规模并行化发展。 多核与众核架构： 探讨多核环境下缓存一致性协议（如MESI）如何确保数据在不同核心间的正确性。 异构计算概述： 介绍GPU（GPGPU）和专用加速器（如TPU）如何通过大规模并行性加速特定计算任务，以及CPU与这些加速器之间的数据传输瓶颈。 系统设计的新范式： 探讨微内核、Unikernel以及Rust等新型系统编程语言在系统安全性与模块化方面的创新尝试。 --- 适用读者： 本书适合计算机科学、软件工程等相关专业的学生，以及希望从底层逻辑视角提升程序设计能力、理解操作系统内核原理、优化高性能应用或从事系统级软件开发的专业人士。阅读本书需要具备一定的C语言基础和离散数学知识。本书侧重于原理的深度挖掘，而非特定工具或库的使用教程。

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**评价五** 初读这本书时，我最先被吸引的是它那几乎没有赘述的精炼语言。每一个句子都仿佛经过了千锤百炼，去除了所有不必要的装饰，只留下最核心的信息和最准确的表达。这使得在处理信息密度极高的情况下，阅读体验依然保持着高度的效率。与市面上那些喜欢用冗长故事来“稀释”内容的教程不同，这本书采取的是一种近乎于教科书的严谨结构，但其内容深度远远超越了普通的教科书。作者在处理那些微妙的灰色地带时，展现了极高的智慧，他没有简单地给出非黑即白的答案，而是引导读者去理解不同立场背后的合理性与局限性。这种亦师亦友的引导方式，让我感到自己不是在被动接受灌输，而是在积极参与一场思想的探险。这本书最大的馈赠，是它提供了一套完整的、可供长期迭代的认知框架，它不仅解决了眼前的疑惑，更培养了读者终身学习的思维习惯。这绝对是一本值得反复研读，每次都会有新发现的宝藏之作。

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**评价一** 这本书给我的感觉就像是走进了一个错综复杂但又引人入胜的迷宫，每一个转角都充满了未知与惊喜。作者的笔触细腻入微，对细节的把握简直到了令人发指的地步。我尤其欣赏他在处理复杂概念时所展现出的那种耐心和清晰度，仿佛他早就预料到读者会在哪里感到困惑，并提前准备好了最恰当的比喻。读完第一部分，我有一种豁然开朗的感觉，那些原本在我脑海中模糊不清的轮廓，一下子变得立体而真实。书中的案例分析非常具有说服力，它们不仅仅是理论的堆砌，更是活生生的实践经验的提炼。我常常在想，作者是如何在如此浩瀚的知识海洋中，精准地捕捉到那些最关键的脉络，并将它们编织成一张结构严谨的网。这本书的排版和设计也值得称赞，阅读过程非常舒适，没有丝毫的视觉疲劳，这对于一本内容厚重的书籍来说，是极其难得的。总而言之，这是一次酣畅淋漓的精神洗礼，我毫不犹豫地向所有对此领域有深入探究意愿的人推荐。

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**评价四** 这本书给我的体验是极其震撼和挑战的。它绝不是那种能让你在咖啡馆里轻松翻阅的消遣读物，它要求你投入全部的注意力，甚至需要准备好纸笔随时记录和推导。我发现自己好几次不得不放下书，去查找一些交叉学科的背景知识，以确保我完全跟上了作者的思路。这种“被挑战”的感觉，恰恰是衡量一本优秀教程价值的重要标准。它强迫你走出舒适区，去直面那些你本能回避的难题。书中所涉及的概念跨度极大，但作者在衔接这些不同领域知识时，表现出了惊人的驾驭能力，仿佛他拥有一个无比强大的知识中枢，能瞬间调取所需的一切信息来支撑当前的论点。更重要的是，书中关于未来趋势的预测部分，不是空泛的臆想，而是建立在扎实的数据和严谨的模型推演之上的，极具参考价值。对于那些渴望真正掌握核心技能的人来说，这本书无疑是一座高耸入云的灯塔。

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**评价二** 说实话，一开始我抱着相当的怀疑态度翻开这书的，毕竟现在市面上同类书籍多如牛毛，真正能称得上“干货”的寥寥无几。然而，这本书很快就让我改变了看法。它没有采用那种高高在上、故作玄虚的学术腔调，而是用一种近乎对话的方式与读者交流。最让我印象深刻的是其逻辑推演的严密性，每一步的论证都像是精密的机械装置，零件之间咬合得天衣无缝，让人无法找出任何逻辑上的漏洞。我记得有几个章节，我不得不停下来，反复阅读好几遍，不是因为内容太难懂，而是因为作者的论证过程实在太优雅、太巧妙了，让人忍不住想去细细品味那种智慧的光芒。这本书的价值在于它不仅告诉你“是什么”，更深层次地解释了“为什么会是这样”，这种对底层逻辑的挖掘，是许多速成读物所不具备的深度。如果把知识比作建筑，这本书无疑是提供了最坚实的地基，而不是徒有其表的华丽外墙。

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**评价三** 这本书简直是为那些在特定领域摸索已久，却总感觉缺少那么一块“关键拼图”的实践者量身打造的。我过去尝试过很多不同的方法和理论，但总觉得它们像是零散的碎片，无法形成一个有力的整体框架。直到我接触到这本书，那种感觉才彻底消失。作者的叙事风格带着一种老派学者的沉稳和对真理的虔诚追求，但同时又丝毫不枯燥。他巧妙地引入了一些历史背景和发展脉络，让读者能够理解当前理论的形成并非一蹴而就，而是经历了漫长而曲折的探索。书中对某些经典理论的批判性分析尤其精彩，他没有盲目地推崇，而是带着审视的眼光去剖析其局限性，这体现了一种成熟的学术态度。我特别喜欢其中关于方法论的部分，它教会了我如何构建自己的分析模型，而不是简单地套用书本上的既有公式。读完后，我感觉自己的思维模式都被重塑了一遍，看待问题的角度也更加开阔和多维了。

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