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出版者:CRC Press

作者:William Hohl

出品人:

页数:453

译者:

出版时间:2014-10-20

价格:USD 85.45

装帧:Hardcover

isbn号码:9781482229851

丛书系列:

图书标签:

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深入探索现代软件开发中的底层机制：一本关于系统编程与高性能优化的权威指南 书名： Deep Dive into Modern Systems Programming: Unveiling the Machinery Behind High-Performance Code (暂定) 简介： 在当今技术飞速发展的时代，软件性能已不再是可有可无的优化项，而是决定产品成败的关键要素。从实时嵌入式系统到大型云计算基础设施，对更低延迟、更高吞吐量的永恒追求，要求开发者必须跨越高级语言的抽象层，直抵硬件的真实脉搏。本书并非聚焦于某一特定指令集架构（ISA）的细节，而是为那些渴望理解并掌握现代操作系统、编译器及应用程序如何实现其性能潜能的工程师和计算机科学专业人士量身打造的深度指南。 本书将引导读者进行一场系统编程的“考古之旅”，剥离操作系统和高级语言编译器为我们构建的舒适“外壳”，深入探究现代计算机体系结构的真实工作原理及其对软件设计的影响。我们的目标是提供一套普适性的、跨平台的系统级思维框架，使其能够应用于任何前沿的计算挑战中。 第一部分：理解计算的物理基础 我们将从现代处理器设计这一核心议题开始。本书不会停留在教科书式的冯·诺依依曼模型描述，而是着重分析现代乱序执行（Out-of-Order Execution）CPU如何通过分支预测（Branch Prediction）、指令级并行（Instruction-Level Parallelism, ILP）以及复杂的缓存层次结构来榨取性能。我们将详细探讨内存访问模式如何直接影响执行效率，深入分析缓存命中率的计算方法，以及如何通过数据布局的精心设计来最小化跨核心或跨层级的延迟惩罚。 一个关键章节将专门用于剖析内存模型和并发原语的实现基础。现代多核系统中，如何确保数据一致性和正确同步是构建健壮软件的基石。我们将对比不同的内存一致性模型（如C++中的`std::memory_order`或Java/C中的相应概念），解释“数据竞争”的深层含义，并探讨由硬件事务内存（HTM）等新兴技术带来的潜在变革。这部分内容将使读者超越简单的互斥锁（Mutex）概念，理解底层同步机制的复杂性与开销。 第二部分：编译器与链接器的魔术：代码转换的艺术 高性能软件的实现，极大地依赖于编译器优化的有效性。本书将详细解读主流编译器（如GCC/Clang）的优化流程，不再只是简单地启用`-O3`优化标志，而是深入剖析循环展开（Loop Unrolling）、函数内联（Inlining）、向量化（Vectorization）等关键技术的原理及其对生成机器码的影响。读者将学会如何阅读并解读编译器生成的汇编输出（在不特意针对某一特定ISA的情况下，侧重于通用 RISC/CISC 的优化思想），从而识别出代码中那些“性能陷阱”——那些编译器无法自动修复的结构性缺陷。 此外，目标文件格式（如ELF或PE的通用概念）和动态链接的机制是理解程序加载和运行时行为的关键。我们将探讨位置无关代码（PIC）的生成原理，以及库的加载与解析过程如何引入初始的启动延迟。理解这些机制，对于构建可移植、高效的共享库至关重要。 第三部分：系统调用与I/O：跨越用户态与内核态的边界 操作系统内核是管理硬件资源的权威机构，而系统调用（Syscall）则是用户程序与内核交互的唯一受控途径。本书将系统地分析系统调用的执行开销，阐述上下文切换（Context Switching）的复杂性，以及为什么频繁的系统调用会成为性能瓶颈的“阿喀琉斯之踵”。 I/O子系统是现代应用中另一个重要的性能热点。我们将超越传统的阻塞式I/O模型，重点剖析异步I/O (AIO)、事件驱动模型（如epoll, kqueue）的原理。这些机制如何通过更少的线程开销，管理数以万计的网络连接，是构建高并发服务器的核心技术。我们将从I/O多路复用API的底层实现逻辑入手，展示如何设计出既能扩展又能保持低延迟的网络服务框架。 第四部分：软件架构的性能考量 最终，本书将把底层知识回归到软件架构设计层面。我们将探讨内存分配器（Memory Allocators）的设计哲学，对比各种常见分配器（如`malloc`的内部实现）在不同负载下的性能表现，并提供如何定制高效内存池的指导方针。 在并行计算方面，本书将侧重于任务划分与数据流的设计。如何有效地将一个计算任务分解成可在多个核心上并行执行的子任务，同时最小化同步开销？我们将讨论无锁数据结构（Lock-Free Data Structures）的设计挑战与优势，以及何时使用它们比传统锁机制更具优势。这部分内容强调的是一种系统的、面向性能的架构思维，指导开发者在面对复杂并发需求时，做出基于性能数据和底层机制理解的明智决策。 目标读者： 本书面向具有中级以上编程经验的软件工程师、系统架构师、嵌入式开发者，以及希望深入理解计算机系统如何决定软件性能的计算机科学专业学生。掌握至少一门系统级语言（如C/C++）的基础是阅读本书的先决条件，但本书不要求任何特定ISA的预备知识，而是侧重于跨平台通用的系统级原理和优化思想。通过学习，读者将能够自信地调试性能瓶颈，设计出真正高效且可预测的现代软件系统。

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这本书的讲解方式非常深入浅出，即便是我这种对底层编程接触不多的读者，也能轻松理解。《ARM Assembly Language: Fundamentals and Techniques, Second Edition》以一种非常友好的方式，引导我一步步地进入ARM汇编的世界。作者用非常生动的比喻，将抽象的计算机概念具象化，例如将CPU比作一个忙碌的工厂，而指令集就是工厂的生产蓝图，非常形象地描绘了指令执行的过程。书中对ARM指令集的解释也十分详细，每一个指令的功能、操作数，以及执行后的标志位变化都解释得非常清楚。更让我惊喜的是，这本书还提供了大量的实际编程案例，从简单的四则运算到更复杂的函数调用，每一个案例都经过精心设计，能够有效地帮助我巩固所学知识。通过阅读这本书，我不仅掌握了ARM汇编语言，更重要的是，我开始对底层编程产生了浓厚的兴趣，并看到了自己在这个领域的无限可能。这本书让我觉得，学习ARM汇编并非遥不可及，而是可以通过系统学习和实践来达成的目标。

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作为一个曾经对汇编语言“望而生畏”的开发者，《ARM Assembly Language: Fundamentals and Techniques, Second Edition》彻底改变了我的看法。这本书的叙事方式非常流畅，而且充满了鼓励性。作者并没有直接抛出晦涩难懂的术语，而是从一些非常基础、生活化的例子入手，逐步引导读者进入ARM汇编的世界。我喜欢他讲解如何用汇编实现一个简单的计数器，或者如何通过控制LED灯来理解基本的输入输出。这些小而精美的示例，让我看到了汇编语言的实际应用价值，也让我积累了解决问题的信心。书中对错误处理和调试技巧的介绍也让我受益匪浅，我以前总觉得汇编调试是个不可能完成的任务，但通过这本书，我学会了如何有效地利用调试器来定位和修复问题。而且，作者还为读者提供了一个非常完善的学习资源包，包括代码示例、参考手册以及一些在线社区的链接，这让我感觉自己不是孤军奋战，而是在一个充满支持的环境中学习。这本书让我觉得，掌握ARM汇编语言并非遥不可及，而是可以通过系统学习和实践来达成的目标。它激发了我进一步探索底层技术的热情，让我看到了自己能力的无限可能。

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这本书简直是为我量身定做的！我一直对底层编程充满好奇，特别是ARM架构，但市面上很多资料要么过于理论化，要么跳跃性太强，让我难以入门。而《ARM Assembly Language: Fundamentals and Techniques, Second Edition》就不同了，它从最基础的概念讲起，循序渐进，就像一位经验丰富的导师在我身边手把手教学。我尤其喜欢作者讲解寄存器和内存访问的部分，用了很多生动的比喻和清晰的图示，让我一下子就理解了那些抽象的概念。书中对指令集的解释也极其详尽，每一个指令的功能、操作数、标志位的变化都交代得明明白白。更重要的是，它不仅仅停留在理论层面，而是大量地穿插了实际的编程示例，从简单的加减乘除到更复杂的函数调用和中断处理，每一个例子都经过精心设计，能够有效地巩固我刚刚学到的知识。而且，这些示例不仅仅是枯燥的代码片段，还配有详细的解释，告诉我为什么这么写，这样做的好处是什么，这比我自己埋头苦干要高效得多。读完每一个章节，我都感觉自己对ARM汇编的理解又上了一个台阶，充满了成就感。我曾尝试过其他几本关于嵌入式开发的入门书籍，但总觉得差了点什么，要么是讲得太泛，要么是深度不够。这本书恰恰填补了我的知识空白，让我看到了ARM汇编编程的魅力所在。它不仅仅是教我如何写汇编代码，更是让我理解了计算机是如何工作的，理解了指令是如何被执行的，这种底层思维的培养对我来说意义重大。

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这本书的讲解方式非常吸引人，完全没有那种枯燥的教科书感。《ARM Assembly Language: Fundamentals and Techniques, Second Edition》中的每一章都像是一个精心策划的探险旅程。作者以一种非常引人入胜的方式，层层剥开了ARM汇编的神秘面纱。我特别喜欢他讲解数据类型和寻址模式的部分，用非常形象的比喻，比如把内存比作一个巨大的图书馆，而寄存器则是我们手边的笔记，清晰地解释了数据在不同位置的存储和访问方式。书中的例子也非常贴合实际应用，不是那种脱离实际的理论堆砌。我是一个嵌入式开发新手，之前尝试过一些入门教程，但都止步于简单的“Hello, World!”。这本书却能够引导我一步步地构建出更复杂的程序，比如如何控制GPIO，如何通过串口发送数据。这些实际的操作让我充满了学习的动力和成就感。而且，作者还非常贴心地考虑到了不同读者的需求，在讲解过程中，对于初学者和有一定基础的读者，都会有不同的侧重点和引导。我发现，即便是那些看起来非常复杂的概念，在作者的讲解下，也变得易于理解。这本书让我不再害怕汇编语言，反而让我看到了它的强大和灵活性。它不仅仅是教会我写汇编，更是培养了我一种解决问题的思维方式，一种从底层去理解和控制硬件的能力。

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我是一个对计算机原理有着强烈好奇心的爱好者，一直想深入了解ARM架构的底层运作。《ARM Assembly Language: Fundamentals and Techniques, Second Edition》这本书满足了我的一切好奇心。它以一种非常清晰和系统的方式，剖析了ARM处理器的各个组成部分，从寄存器、指令集，到内存管理单元、中断控制器等等。我非常喜欢作者讲解内存访问模式的部分，他用非常生动的比喻，将复杂的内存访问过程变得易于理解，例如将内存比作一个巨大的仓库，而寄存器则是我们随身携带的小本子，非常形象地描绘了数据在处理器和内存之间流动的过程。书中对ARM指令集的解释也十分详尽，每一个指令的功能、操作数、以及执行后的标志位变化都解释得清清楚楚。更让我惊喜的是，这本书还提供了大量的实际编程案例，从简单的算术运算到复杂的函数调用，每一个案例都经过精心设计，能够有效地帮助我巩固所学知识。通过阅读这本书，我不仅掌握了ARM汇编语言，更重要的是，我开始真正理解了计算机是如何工作的，以及指令是如何被执行的，这种底层思维的培养对我来说意义非凡。

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我是一名有着几年C/C++开发经验的工程师，一直想深入了解ARM汇编，以期能优化一些性能瓶颈，同时也能更好地理解和调试复杂的嵌入式系统。在同事的推荐下，我入手了《ARM Assembly Language: Fundamentals and Techniques, Second Edition》，这本书的深度和广度都超出了我的预期。作者在讲解ARMv7-A和ARMv8-A架构时，不仅仅是罗列指令，而是深入分析了流水线、缓存、MMU等核心概念，并结合汇编语言的特性，解释了它们是如何协同工作的。书中关于函数调用约定（ABI）的详细阐述，以及在不同调用情况下的栈帧管理，让我豁然开朗，之前在调试中遇到的很多与栈溢出相关的疑难杂症，现在都能迎刃而解了。我特别欣赏作者在处理特权模式、异常处理和中断响应时的逻辑梳理，这部分内容对于编写安全可靠的底层驱动和操作系统至关重要。书中提供的许多高级技巧，例如利用SIMD指令进行向量化计算，以及使用Thumb-2指令集提升代码密度，都为我提供了宝贵的优化思路。此外，作者在讲解代码优化时，不仅仅是给出结论，而是详细分析了不同指令的时序、功耗和寄存器使用情况，让我能够根据实际情况做出最优选择。这本书的案例也十分丰富，从简单的设备驱动到更复杂的内存管理单元（MMU）配置，都提供了详实的指导。它让我明白，ARM汇编不仅仅是底层的“魔法”，更是精密的工程艺术。

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我在参加一个嵌入式系统开发的项目时，遇到了一个棘手的性能瓶颈，之前的C语言优化已经到了瓶颈，急需深入了解ARM汇编来寻求突破。《ARM Assembly Language: Fundamentals and Techniques, Second Edition》这本书简直就像是及时雨。它不仅仅是讲解了ARM指令集，更重要的是，它提供了大量的性能分析和优化技巧。书中对不同指令的执行周期、延迟以及功耗的分析，让我能够更精确地评估代码的效率，并找出可以优化的关键点。我特别欣赏书中关于缓存一致性、流水线冒险以及分支预测的深入讲解，这些对于编写高性能的嵌入式代码至关重要。作者还提供了许多关于SIMD指令的使用技巧，以及如何利用Thumb-2指令集来减小代码体积和提高执行速度。我从书中学习到了如何通过重排指令、减少寄存器冲突以及利用分支预测机制来优化代码的执行效率。书中丰富的案例分析，让我能够将学到的理论知识应用到实际项目中，并取得了显著的性能提升。这本书不仅让我掌握了ARM汇编语言，更让我具备了从底层分析和优化代码的能力，这对我未来的嵌入式开发生涯有着极其重要的意义。

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当我第一次拿到《ARM Assembly Language: Fundamentals and Techniques, Second Edition》这本书时，就被它厚实的体积和精美的排版所吸引。翻开第一页，我就被作者流畅的文笔和清晰的逻辑所征服。这本书的结构安排非常合理，从基础概念的引入，到指令集的详细讲解，再到高级特性的探讨，层层递进，让我感觉学习过程非常顺畅。我尤其喜欢作者在讲解指针和内存管理的部分，他用非常形象的比喻，将抽象的概念变得具体易懂，例如将内存比作一个巨大的房间，而指针就是房间里的路标，非常清晰地指引我们找到数据的位置。书中提供的编程示例也非常丰富，从简单的字符串处理到复杂的图形渲染，每一个示例都经过精心设计，能够有效地帮助我巩固所学知识。而且，这本书还提供了大量的参考资料和在线资源，让我能够随时随地查阅相关信息，进一步加深理解。通过阅读这本书，我不仅掌握了ARM汇编语言，更重要的是，我开始对底层编程产生了浓厚的兴趣，并看到了自己在这个领域的无限可能。

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对于任何想要深入理解ARM架构的开发者来说，《ARM Assembly Language: Fundamentals and Techniques, Second Edition》都是一本不可或缺的宝藏。这本书在讲解ARMv8-A架构方面尤其出色，它详细阐述了AArch64指令集、64位寄存器以及新的寻址模式。我特别喜欢书中关于异常处理和中断服务的章节，作者用清晰的逻辑和详细的图解，解释了这些复杂机制的运作方式，这对于编写安全可靠的操作系统和驱动程序至关重要。书中提供的许多高级优化技巧，例如利用NEON指令集进行向量化计算，以及如何通过指令流水线和分支预测来提升代码执行效率，都为我提供了宝贵的参考。我曾尝试过其他几本关于ARM汇编的书籍，但都无法达到这本书的深度和广度。它不仅仅是教我如何写汇编代码，更是让我理解了ARM架构的设计理念，以及如何通过精细的汇编控制来充分发挥硬件的性能。这本书为我深入研究嵌入式系统、高性能计算等领域奠定了坚实的基础。

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我是一名对计算机体系结构充满浓厚兴趣的研究生，一直想系统地学习ARM汇编语言，以便更好地理解底层系统的工作原理。在翻阅了多本相关书籍后，《ARM Assembly Language: Fundamentals and Techniques, Second Edition》给我留下了深刻的印象。它在原理讲解上非常扎实，不仅仅局限于指令集本身，而是深入剖析了CPU的工作流程、流水线机制、分支预测等，并详细阐述了这些底层特性如何影响汇编代码的执行效率。我尤其欣赏书中对ARM指令集演进的梳理，从早期的ARMv4T到最新的ARMv8-A，清晰地展示了各个版本指令集的差异和新增特性，这对于理解不同ARM处理器平台的兼容性和性能提升至关重要。书中关于内存模型和缓存一致性的讲解也极具价值，这对于编写高性能、多线程的嵌入式应用至关重要。作者在讲解过程中，引入了大量的理论推导和公式，并辅以精心设计的实验来验证这些理论，这种严谨的学术风格对我这样的研究者来说非常有益。我从中不仅学会了如何编写ARM汇编代码，更重要的是，我开始真正理解CPU是如何执行指令的，以及如何通过精细的汇编控制来达到极致的性能。这本书为我后续深入研究操作系统、编译器优化等领域奠定了坚实的基础。

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