Multithreaded Programming With PThreads pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Prentice Hall

作者:Bil Lewis

出品人:

页数:432

译者:

出版时间:1997-12-19

价格:USD 34.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780136807292

丛书系列:

图书标签:

• 线程
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书籍简介：并行计算的基石与实践 书名：并行计算的基石与实践 核心主题： 本书深入探讨了现代计算架构中并行处理的核心概念、设计原则与工程实现，重点关注如何有效地利用多核处理器和分布式系统来加速计算任务。它不仅仅是一本关于特定API的指南，更是一部关于如何从根本上思考并发问题的理论与实践手册。 目标读者： 软件工程师、系统程序员、高性能计算（HPC）研究人员、计算机科学专业的高年级学生及研究生，以及任何希望构建高性能、高吞吐量软件的专业人士。 --- 第一部分：并行计算的理论基础与架构视野 第一章：现代计算环境的演进 本章首先勾勒出串行计算时代的局限性，并阐述了摩尔定律转向多核与异构计算范式的必然性。我们将深入分析现代CPU（如乱序执行、超线程）和GPU架构中的并行性来源。重点讨论了“功耗墙”与“性能墙”的概念，为后续的并行化需求提供背景支撑。 核心内容： 从指令级并行（ILP）到数据级并行（DLP）和任务级并行（TLP）的演变。缓存层次结构（L1/L2/L3）与主存延迟的对比分析，强调内存访问模式对并行性能的决定性影响。 第二章：并行性的度量与模型 理解并行计算的效率是至关重要的。本章引入了衡量并行程序性能的关键指标。 性能指标： 速率提升（Speedup）、效率（Efficiency）和利用率（Utilization）。详细解析了阿姆达尔定律（Amdahl’s Law）和古斯塔夫森定律（Gustafson’s Law），解释了它们在不同规模问题上的适用性与局限性。 并行模型： 介绍标准的并行计算模型，包括指令集并行模型（SIMD/SIMT）、数据并行模型和任务并行模型。为后续的实际编程范式打下坚实的基础。 第三章：并发、同步与互斥的理论 并发编程的难度往往在于管理共享状态的访问。本章系统性地讲解了实现正确性所需的基本工具和理论。 原子操作与内存屏障： 深入探讨了底层硬件如何保证操作的原子性，以及编译器和处理器重排指令的机制。详细介绍了各种内存屏障（如Acquire/Release）的作用，确保数据可见性。 经典同步机制： 详述了锁（Mutex）、信号量（Semaphore）、条件变量（Condition Variables）的工作原理、性能开销和死锁（Deadlock）、活锁（Livelock）、饥饿（Starvation）等并发问题的识别与避免策略。 --- 第二部分：共享内存并行化的工程实践 第四章：数据划分与任务分解策略 有效的并行化始于恰当的分解。本章侧重于如何将一个大型问题分解成可以独立执行的子任务。 数据并行： 讲解循环划分（Loop Tiling/Blocking）技术，如何通过优化数据访问模式来最大化缓存命中率，尤其是在矩阵运算和图像处理中的应用。 任务并行： 探讨依赖关系图（Dependency Graphs）的构建，如何调度相互独立的计算块，以及如何处理循环中存在数据依赖（如流依赖、反依赖）的情况。 第五章：高性能并行循环的优化 循环是大多数科学计算和数据处理的核心。本章专注于将串行循环转化为高效的并行执行体。 消除伪共享（False Sharing）： 这是一个常见的性能陷阱。详细分析了伪共享的产生机制，并提供了结构体对齐、填充（Padding）等具体的对齐技术来解决它。 负载均衡（Load Balancing）： 介绍静态划分、动态划分和分块动态划分（Chunking）的优劣，以确保所有处理器核心都能被充分利用，减少空闲时间。 第六章：并行编程模型综述与高级抽象 虽然本书的重点不在于特定的库，但理解主流抽象层级是必要的。本章对比分析了不同抽象层次的优势。 领域特定语言（DSL）的视角： 探讨了更高层次的框架如何简化并行编程，以及它们在性能上与底层控制之间的权衡。 并行模式库： 介绍了如MapReduce、Fork-Join等高级模式的应用场景和设计哲学，强调如何将这些抽象模式映射到具体的硬件资源上。 --- 第三部分：分布式内存计算与容错性 第七章：迈向集群计算：分布式内存模型 当单个节点的内存容量不足以容纳整个数据集或计算量过大时，需要采用分布式内存架构。 通信的挑战： 重点分析了网络拓扑结构（如Mesh, Torus）对通信延迟和带宽的影响。 显式消息传递： 详细介绍了分布式计算环境中的核心通信范式，包括点对点（Point-to-Point）通信（如发送、接收）和集合通信（Collective Communication，如广播、归约、全互联）。 第八章：容错性与可靠性在并行系统中的地位 随着系统规模的扩大，硬件和软件错误的概率显著增加。并行程序的容错设计不再是可选项，而是必需品。 检查点与恢复（Checkpoint/Restart）： 讨论了不同粒度的检查点技术，以及如何权衡检查点频率与恢复时间。 冗余计算与编码技术： 介绍了利用错误检测码（如三副本冗余）来提高计算的鲁棒性，以及在容错过程中如何最小化性能开销。 第九章：性能分析、调试与案例研究 构建并行程序只是第一步，优化和验证同样关键。 性能剖析工具： 介绍用于测量线程级和进程间通信开销的工具集，如何识别热点代码段和通信瓶颈。 并行调试： 探讨了调试并发程序的特殊困难（如非确定性），以及使用特定工具进行逻辑错误和竞态条件（Race Condition）排查的方法。 综合案例： 通过一个大规模的数值模拟问题（如有限元分析或蒙特卡洛模拟），演示如何应用本书介绍的所有理论和技术，从串行设计逐步迭代为高效、可扩展的并行解决方案。 --- 总结展望： 《并行计算的基石与实践》旨在提供一个全面、深入且注重工程实践的指南，帮助读者掌握并行编程的艺术，构建出能够充分利用现代多核乃至大规模集群资源的下一代高性能软件。本书强调理论的严谨性与实现的有效性相结合，确保读者不仅知其然，更能知其所以然。

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这本书的装帧设计给我留下了深刻的印象。封面采用了深邃的蓝色背景，搭配银色的立体字体，显得既专业又充满科技感。书脊的印刷清晰，即使在书架上也能一眼认出。打开书页，纸张的质感也相当不错，厚实且略带磨砂感，翻阅时没有廉价的沙沙声，而且墨迹印刷得非常均匀，即使是复杂的代码片段，也能看得清清楚楚，不会出现模糊不清的情况。这对于一本技术书籍来说至关重要，毕竟我们需要长时间地盯着屏幕和书本，良好的阅读体验能显著提升学习效率。封面上的书名“Multithreaded Programming With PThreads”简洁明了，直接点出了主题，让我对即将展开的技术探索充满了期待。总的来说，从外在到内在，这本书在细节上的打磨都展现出了出版方对内容的尊重以及对读者的用心。这种对细节的关注，也让我对书本内容的质量有了更高的预期，毕竟一个优秀的作品，往往体现在方方面面，从封面到目录，再到每一页的印刷和排版，都应该是一份精心雕琢的艺术品。我喜欢它整体散发出的那种沉静而又充满力量的气息，仿佛预示着我将通过这本书掌握一项强大的编程技能。

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在翻阅到介绍Pthreads API的部分时，我被其内容的详实程度所震撼。作者并没有仅仅给出API函数的简单罗列和功能描述，而是深入剖析了每一个函数的设计理念、参数含义、返回值以及可能出现的错误情况。例如，在讲解`pthread_create`函数时，作者不仅详细说明了如何传递线程函数和参数，还特别强调了创建线程的注意事项，比如线程栈的大小、优先级等，并配以清晰易懂的代码示例。更令人惊喜的是，作者还在每个API函数的讲解后，都附带了相关的实际应用场景分析，以及可能遇到的性能瓶颈和解决方案。这不仅仅是API的讲解，更是一种思维模式的引导，让我不仅仅知道“怎么做”，更能理解“为什么这么做”，以及“这样做会有什么影响”。这种深入浅出的讲解方式，让我能够更扎实地理解每一个API函数的作用，并在实际开发中避免踩坑。

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本书在错误处理和调试（Error Handling and Debugging）方面的讲解，也做得非常出色。作者深刻理解多线程程序调试的难度，因此提供了许多行之有效的调试技巧。我特别欣赏作者关于如何捕捉和分析多线程程序中的各种异常情况的讲解，以及如何使用专门的调试工具（如`gdb`）来定位多线程程序中的bug。书中还提供了一些关于如何编写健壮的多线程代码的建议，以减少出错的可能性。例如，作者强调了在多线程环境中，即使是很小的逻辑错误，也可能导致灾难性的后果，因此编写清晰、简洁、易于理解的代码至关重要。这种对细节的关注，让我对接下来的实际编码充满了信心。

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总而言之，这本书的排版设计给我留下了一种沉稳而专业的印象。封面设计简约而不失大气，蓝色的底色搭配银色的文字，给人一种科技感和专业感。书本的尺寸适中，方便携带和翻阅。纸张的质感也相当不错，厚实且有韧性，翻阅起来手感舒适，印刷清晰，即使是小号字体和复杂的代码片段，也能看得非常清楚，不会有模糊不清的情况。书本的整体装帧给人一种“重实料”的感觉，仿佛打开这本书，就能收获满满的知识。书页边缘的裁剪整齐，没有毛边，细节之处可见用心。我喜欢这种不花哨但足够精致的设计，它传递出一种“内容为王”的理念，让我对书本的内在价值充满了期待。

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在“线程安全”（Thread Safety）这个主题上，作者展现出了令人惊叹的深度和广度。我之前一直认为“线程安全”只是一个简单的概念，但通过阅读这本书，我才真正认识到它的复杂性和重要性。作者不仅仅定义了线程安全，还系统地分析了导致线程不安全的各种原因，比如共享数据的竞态条件、全局变量的修改、非线程安全的库函数等等。更重要的是，作者提供了一整套清晰的识别和解决线程不安全问题的策略，包括如何使用原子操作、互斥锁、读写锁以及更高级的同步原语来保证数据的线程安全。书中还列举了大量真实的“坑”，并提供了详细的解决方案，让我能够从中吸取宝贵的经验，避免在自己的代码中重蹈覆辙。

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这本书在同步机制的阐述上，给我留下了极其深刻的印象。作者没有停留在对互斥锁（mutexes）、条件变量（condition variables）等基本同步原语的介绍，而是非常详尽地分析了它们在不同场景下的适用性，以及如何正确地使用它们来避免竞态条件（race conditions）和死锁（deadlocks）。我特别喜欢作者关于“何时使用互斥锁，何时使用条件变量”的详细对比分析，以及那些关于“如何设计无死锁的同步策略”的实践建议。书中出现的许多经典案例，如生产者-消费者问题、读者-写者问题等，都被作者用Pthreads进行了生动的实现，并对代码中的每一个同步点都进行了详尽的解释，让我能够清晰地看到同步原语是如何在实际问题中发挥作用的。这种理论与实践相结合的讲解方式，极大地加深了我对同步机制的理解，也让我对自己未来在并发编程中处理同步问题更有信心。

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关于线程池（Thread Pools）的讲解，更是让我眼前一亮。作者深入分析了线程池的核心思想，以及它在提升并发程序性能方面的巨大优势。书中详细介绍了如何从零开始实现一个简单的线程池，包括线程的创建、任务的入队和出队、线程的复用以及线程的销毁等关键环节。更重要的是，作者还深入探讨了线程池的各种配置参数，如线程数量、任务队列大小等，以及这些参数对性能的影响。而且，作者还提供了如何选择合适的线程池实现方式，以及如何避免线程池带来的潜在问题，比如任务饥饿和线程泄露。这部分内容对我而言，是构建高性能并发应用的关键，让我能够更系统地理解和运用线程池技术。

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线程间通信（Inter-thread Communication）这部分内容的编写，也让我受益匪浅。作者不仅介绍了Pthreads提供的基本通信方式，如共享内存（shared memory），还深入探讨了如何利用消息队列（message queues）和管道（pipes）等更高级的通信机制来解决复杂的多线程交互问题。我尤其欣赏作者对不同通信方式优缺点的详细对比分析，以及在何时选择哪种通信方式的指导性建议。书中给出的许多代码示例，都非常贴合实际开发中的常见场景，而且作者在讲解过程中，还穿插了大量关于如何优化通信效率、减少通信开销的技巧。这不仅仅是技术的讲解，更是经验的传授，让我能够更高效、更安全地在线程间传递数据，从而构建出稳定可靠的并发系统。

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我尝试在阅读这本书之前，先浏览了一下目录和前言。目录的结构非常清晰，从最基础的多线程概念，到Pthreads的API详解，再到同步机制、线程间通信、线程池，以及一些高级主题，如线程安全和性能调优，几乎涵盖了多线程编程的方方面面。这种循序渐进的编排方式，对于我这样一位正在努力深入理解多线程技术的人来说，无疑是极大的福音。前言部分则点明了本书的目标读者和学习路径，作者用一种非常诚恳的语气阐述了Pthreads在现代并发编程中的重要性，以及掌握这项技术能为开发者带来的巨大价值。我尤其欣赏作者在开篇就强调了多线程编程的复杂性，并鼓励读者保持耐心和细致的学习态度，这让我感觉作者并非在简单地罗列知识点，而是真正地站在学习者的角度，帮助我们克服学习过程中的挑战。这种坦诚和务实的态度，让我对即将到来的深度学习之旅充满了信心，也让我确信这本书能够成为我手中一份可靠的指导手册。

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性能调优（Performance Tuning）这部分内容，让我对多线程编程有了更深层次的认识。作者并没有仅仅停留在理论层面，而是提供了大量实际的调优技巧和工具。我特别喜欢作者关于如何分析多线程程序的性能瓶颈的讲解，包括如何使用性能分析工具（如`perf`、`gprof`）来定位CPU占用率高、锁竞争激烈等问题。同时，作者还提供了各种具体的优化策略，比如减少锁的粒度、使用无锁数据结构、优化内存访问模式等等。这些技巧都非常实用，而且作者在讲解时，都配有详实的性能对比数据，让我能够直观地感受到不同优化手段带来的效果。这部分内容，无疑是我在实际工作中提升多线程程序性能的宝贵指南。

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