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出版者:武汉理工大学出版社

作者:陈年 编

出品人:

页数:306

译者:

出版时间:2004-8

价格:27.00元

装帧:

isbn号码:9787562921172

丛书系列:

图书标签:

• 操作系统
• 计算机科学
• 计算机系统
• 内核
• 进程管理
• 内存管理
• 文件系统
• 并发
• 同步
• 虚拟化

《编程的艺术与科学》 简介 在信息爆炸的时代，代码是构建数字世界的基石。从驱动我们智能手机的应用程序，到支撑全球互联网的庞大基础设施，再到引领未来科技潮流的人工智能，一切都离不开编程。《编程的艺术与科学》是一部旨在深入探索编程本质、揭示编程之道、培养卓越编程思维的著作。它并非一本枯燥的技术手册，而是一次关于创造、逻辑与抽象的深刻旅程，引领读者跨越工具与语言的藩篱，触及编程核心的智慧。 本书的写作理念在于，理解编程不仅仅是掌握一种或几种编程语言的语法，更重要的是理解计算的原理，掌握解决问题的思维模式，以及培养优雅、高效、可维护的代码风格。《编程的艺术与科学》将从多个维度剖析编程的奥秘，以期帮助读者建立起扎实的理论基础，并具备独立解决复杂技术问题的能力。 核心内容概览 第一部分：计算的基石——逻辑与算法 在深入探讨具体编程技术之前，本书将首先回溯编程最根本的逻辑基石。我们将从布尔代数出发，理解逻辑门如何构成最基础的计算单元，从而构建出数字电路的雏形。这部分内容将帮助读者建立对“计算”这一概念的直观认识，理解信息是如何被编码、存储和处理的。 随后，我们将聚焦于算法，这是编程的灵魂。本书不会仅仅罗列各种常见算法，而是会深入探讨算法设计的思想： 问题的分解与抽象： 如何将复杂问题拆解成更小的、可管理的部分，并提取出通用的模式。 效率的度量与优化： 介绍时间复杂度和空间复杂度的概念，以及如何通过渐进符号（Big O notation）来分析算法的性能。我们将深入分析不同数据结构的优劣，以及它们对算法效率的影响。 经典算法的解构： 并非浅尝辄止，而是会对排序算法（如快速排序、归并排序）、搜索算法（如二分查找）、图算法（如Dijkstra算法、Floyd-Warshall算法）等进行深入剖析，不仅讲解其实现原理，更会探讨它们背后的设计哲学和适用场景。 动态规划与分治策略： 这两种强大的算法设计范式将得到详细阐述，通过鲜活的案例，让读者理解如何通过“以终为始”的思路或“分而治之”的策略来解决复杂问题。 第二部分：数据的组织——数据结构的设计与运用 算法需要数据来运作，而数据的组织方式直接影响着算法的效率和程序的整体性能。本部分将系统性地介绍和深入分析各种核心数据结构： 线性数据结构： 从最基础的数组和链表（单向、双向、循环链表）开始，详细讨论它们的内存模型、插入、删除、查找等操作的时间复杂度，以及它们在实际应用中的取舍。 栈与队列： 讲解它们的LIFO（后进先出）和FIFO（先进先出）特性，以及它们在函数调用、表达式求值、广度优先搜索等场景中的重要作用。 树结构： 二叉树与二叉搜索树： 深入理解节点的组织方式，以及在二叉搜索树中进行高效查找、插入和删除的原理。 平衡二叉搜索树： 如AVL树和红黑树，将详细阐述它们如何通过自平衡机制保证查找效率在O(log n)的时间复杂度内。 堆（Heap）： 讲解最大堆和最小堆的特性，以及它们在优先队列和堆排序中的应用。 B树与B+树： 重点介绍它们在数据库索引中的关键作用，理解多路查找树的优势。 图结构： 表示方法： 邻接矩阵与邻接表，分析各自的优劣。 图的遍历： 深度优先搜索（DFS）和广度优先搜索（BFS），及其在连通性判断、路径查找等问题中的应用。 哈希表（散列表）： 深入理解哈希函数的选择、冲突解决策略（如链地址法、开放寻址法），以及它们实现平均O(1)查找的原理。 本书的独特之处在于，不会止步于理论的介绍，而是会结合多种编程语言的实现细节，展示不同数据结构在实际应用中的最佳实践和性能考量。 第三部分：构建的艺术——程序设计范式与软件工程 掌握了逻辑、算法和数据结构，我们便拥有了构建软件的基本工具。然而，要构建出高质量、可维护、可扩展的软件，还需要掌握更高级的设计思想和工程实践。 面向对象编程（OOP）的精髓： 封装、继承、多态： 深入解析这三大核心概念，并通过大量实例展示如何利用它们来构建模块化、可重用的代码。 设计模式： 重点介绍工厂模式、单例模式、观察者模式、策略模式、装饰器模式等经典设计模式，阐述它们解决的常见设计问题，以及如何在实际项目中灵活运用。 SOLID原则： 详细讲解单一职责原则、开放封闭原则、里氏替换原则、接口隔离原则、依赖倒置原则，并阐述它们如何指导我们编写出更健壮、更易于维护的代码。 函数式编程思想： 介绍其核心概念，如纯函数、不可变性、高阶函数，并探讨函数式编程在并发编程、数据处理等方面的优势。 并发与并行编程： 线程与进程： 理解它们之间的区别与联系，以及在多核处理器上的协同工作。 同步与互斥： 深入讲解锁（Mutex）、信号量（Semaphore）、条件变量等同步机制，以及如何避免死锁和竞态条件。 并发模型： 介绍Actor模型、CSP（Communicating Sequential Processes）等现代并发编程范式。 代码质量与重构： 单元测试与集成测试： 强调测试驱动开发（TDD）的重要性，以及如何编写有效的测试用例。 代码重构技术： 介绍各种重构手法，如提取方法、移动字段、替换继承为组合等，以及如何循序渐进地改善现有代码的结构和可读性。 代码评审与版本控制： 讲解Git等版本控制系统的最佳实践，以及如何通过有效的代码评审来提升团队协作和代码质量。 第四部分：软件的生命周期——从开发到部署 即使拥有了出色的代码，软件的生命周期还包括了构建、测试、部署、监控等一系列重要环节。 构建自动化： 介绍Maven、Gradle、Make等构建工具，以及如何自动化编译、打包和依赖管理。 持续集成/持续部署（CI/CD）： 讲解其概念和流程，以及如何利用Jenkins、GitLab CI等工具实现软件开发流程的自动化。 容器化技术： 深入理解Docker的核心概念，如镜像、容器、Dockerfile，以及如何利用Docker来打包和部署应用程序。 云原生与微服务架构： 简要介绍微服务的设计理念、优势与挑战，以及Kubernetes等容器编排技术在现代软件部署中的作用。 性能调优与故障排查： 介绍常用的性能分析工具，如profiler，以及如何通过日志分析、系统监控等手段来定位和解决生产环境中的问题。 致读者 《编程的艺术与科学》并非一次性的阅读体验，而是一次持续的学习过程。本书旨在为读者打下坚实的编程基础，培养批判性思维，激发对技术的热情。无论你是初学者，希望系统地建立编程的认知框架；还是有一定经验的开发者，希望深入理解底层原理，优化技术栈；亦或是对软件开发的全貌充满好奇，本书都将为你提供宝贵的洞察和实用的指导。 编程是一门艺术，在于创造与优雅；编程也是一门科学，在于逻辑与严谨。掌握了这些核心的艺术与科学，你将能够更好地驾驭代码，创造出真正有价值的数字产品，并在飞速发展的技术浪潮中，始终保持前行的动力。让我们一起踏上这段引人入胜的编程探索之旅吧！

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说实话，这本书的目录结构划分得非常清晰，每一章的标题都非常宏大且具有概括性，从最底层的硬件接口到顶层的用户界面管理，似乎涵盖了操作系统的所有主要模块。我购买这本书的一个主要原因是听闻它在“文件系统”和“I/O子系统”的论述上有独到之处。我一直对磁盘调度算法（如SCAN或C-SCAN）在真实磁盘环境中的表现差异感到好奇，也想深入了解日志文件系统（Journaling File System）是如何保证数据在突发断电情况下的一致性的。我期待这本书能用详细的I/O请求队列模型，结合具体的磁盘寻道时间参数，来模拟和比较不同调度策略的性能差异。然而，书中对文件系统的介绍，更多的是聚焦于其抽象的层次结构和数据一致性的形式化证明，对于诸如EXT4、NTFS或者ZFS这些主流文件系统在内核中的具体数据结构实现，几乎没有提及。当我翻到I/O那部分时，它主要集中在对中断驱动和DMA（直接内存访问）机制的理论描述，以及如何设计高效的缓冲区管理策略，但对于如何与具体的硬件设备驱动程序接口进行交互，或者如何处理复杂的设备冲突，这本书似乎选择了避开，留下了大量的实际操作空白。

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这本书的作者阵容看起来非常强大，汇集了几位业内知名的计算机科学家，这让我相信其内容的权威性和深度是毋庸置疑的。我原本希望这本书能成为我系统编程实践的“圣经”，尤其是在学习并发编程时，我需要一个可靠的参考来理解如何正确使用信号量（Semaphores）、互斥锁（Mutexes）以及条件变量来避免竞态条件。我期待书中能提供大量关于如何正确使用操作系统提供的并发原语的“陷阱”和“最佳实践”。例如，如何避免经典的哲学家进餐问题的死锁，或者在编写多线程代码时，如何通过原子操作来优化性能而不是一味地使用重型锁。然而，这本书对并发部分的论述，更偏向于对Lamport的时间戳理论、Lamport的Bakery算法等经典分布式一致性算法的数学推导和证明，这些理论的推导过程极其严谨，但要将其转化为实际可运行、且高性能的代码，中间的鸿沟似乎没有被很好地填补。它提供的是“为什么”的深刻理解，但对于“如何做”的实际指导则显得有些吝啬，以至于我合上书本后，在面对实际编程任务时，仍然感到无从下手。

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从装帧来看，这本书显然定位在高等教材或专业参考书的级别，其定价也反映了这一点。我购买它的初衷是想系统地学习“安全”和“保护”机制，这是操作系统中至关重要的一环。我非常关注的是如何通过权限分离（如环保护级别）、地址空间隔离（如分段和分页机制）来防止恶意程序或错误代码对内核和其他进程造成破坏。我期待书中能详细介绍现代CPU提供的硬件支持，比如Ring 0到Ring 3的转换过程，以及操作系统如何利用这些硬件特性来建立一个稳固的隔离墙。特别是关于内核保护，我想了解现代操作系统是如何设计隔离层来抵御侧信道攻击或更复杂的内存破坏攻击的。遗憾的是，这本书在“保护与安全”这一章中，主要集中在对“访问矩阵”和“访问控制列表（ACL）”这些抽象的安全模型进行形式化描述，并探讨了如何通过信息流控制来保证系统的安全属性。这些讨论固然重要，但它们更像是理论安全领域的范畴，而对于实际系统编程中如何利用CPU特权级和内存管理单元（MMU）的寄存器设置来物理上实现这些隔离的细节，这本书几乎没有涉及，这让我觉得它在“落地”方面有所欠缺，缺乏工程实践的视角。

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这本书的封面设计得相当吸引人，那种深沉的蓝色调配上简洁的白色字体，立刻给人一种专业且严谨的感觉，光是看着就觉得内容一定非常扎实。我是在一个学期初抱着“啃完这本大部头，我的操作系统的基础就稳固了”的决心买下的。拿到手沉甸甸的，厚度也相当可观，这让我对内容的广度和深度充满了期待。我原本期望它能像一位经验丰富的老教授，用清晰的脉络将复杂的进程管理、内存分配、文件系统结构这些晦涩难懂的概念娓娓道来，最好能配上一些生动的案例分析，比如某个经典操作系统的启动过程是如何一步步实现的，或者在多核环境下，如何保证数据一致性。然而，当我翻开第一章，试图寻找那些我熟悉的、关于操作系统核心理论的基石时，我发现这本书似乎将重点放在了一些我目前不太关注的领域，比如它花了大量的篇幅去探讨高级的并行计算模型，以及一些前沿的分布式存储架构的理论基础，这些内容虽然重要，但对于我当前需要建立扎实的课本知识体系来说，显得有些过于超前和抽象了。我更希望看到的是对经典的SPOOLing技术、中断处理机制，以及基本的死锁预防算法的深入剖析，而不是那些需要结合最新硬件架构才能理解的高级算法。这本书的语言风格偏学术化，句子结构复杂，阅读起来需要极高的专注力，有时候我甚至需要反复阅读同一段落才能理清作者的逻辑推导，这使得原本的学习过程变得有些吃力。

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这本书的排版和印刷质量毋庸置疑是上乘的，纸张的触感很好，长时间阅读眼睛也不会感到特别疲劳，这在厚重的技术书籍中是很难得的体验。我本来是抱着学习如何像搭建乐高积木一样，亲手构建一个简易操作系统的目标来阅读的。我期待书中能有详细的汇编级别的代码片段展示，尤其是在涉及到内核态和用户态切换的关键点，能有图示化的流程图来辅助理解中断向量表的查找和上下文的保存与恢复过程。但是，这本书更多的是一种理论的构建，它更像是在描述一个理想化的、高度抽象的“完美”操作系统应该具备的数学模型和逻辑结构，而不是手把手的教导你如何去实现它。比如，在讨论虚拟内存管理时，书中深入探讨了TLB（转换后援缓冲器）的命中率优化理论，以及各种页面置换算法在不同负载下的性能曲线分析，这些分析非常详尽，充满了各种数学符号和公式推导。虽然这些内容对于研究人员来说是宝贵的财富，但对于一个需要通过实践来加深理解的学生来说，却显得有些遥远和缺乏“烟火气”。我更希望能看到一些具体系统的影子，比如Linux内核中某个特定模块的实现思路，或者FreeBSD的虚拟文件系统（VFS）是如何设计来实现统一接口的，这些具体的例子往往能让我茅塞顿开，但在这本书里，我找不到太多这样的“实战”指导。

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