Coding Theory and Number Theory pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Hiramatsu, Toyokazu/ Kohler, Gunter

出品人:

页数:148

译者:

出版时间:

价格:129

装帧:HRD

isbn号码:9781402012037

丛书系列:

图书标签:

• Coding Theory
• Number Theory
• Algebraic Coding
• Finite Fields
• Cryptography
• Information Theory
• Error Correction
• Polynomials
• Algorithms
• Mathematics

好的，这是一本名为《高级并发编程实践与现代操作系统内核设计》的图书简介。 --- 高级并发编程实践与现代操作系统内核设计 内容概述 本书深入探讨了现代软件系统中至关重要的两个领域：高性能并发编程的底层机制与现代操作系统内核的架构设计。这不是一本关于基础数据结构或标准库使用的入门指南，而是面向资深软件工程师、系统架构师以及操作系统研究人员的深度技术专著。全书旨在揭示高性能、高可靠性软件背后的核心原理，并提供在多核、异构计算环境下构建健壮系统的实战知识。 第一部分：现代并发编程的底层艺术（约 50000 字） 本部分聚焦于在多核处理器上实现高效、无锁（Lock-free）或无等待（Wait-free）并发算法的理论基础与工程实践。我们将彻底剖析现代 CPU 架构如何影响并发性能，包括缓存一致性协议（如 MESI/MOESI）、内存屏障（Memory Barriers/Fences）的精确语义以及指令重排序的复杂性。 第 1 章：CPU 内存模型与一致性 详细阐述 Intel/AMD 架构下的实际内存模型（而非仅仅是 C++ 或 Java 的抽象模型）。我们将分析原子操作（如 CAS、Fetch-and-Add）在不同硬件平台上的底层实现，并深入研究如何利用底层原语构建高效的同步机制。讨论伪共享（False Sharing）的危害与规避策略，包括填充（Padding）技术和数据布局优化。 第 2 章：无锁数据结构的构建 本章是本书的核心之一。我们将从理论上推导无锁算法的正确性证明（如基于线性化点的验证），并提供一系列复杂无锁数据结构的实现： 无锁队列与栈： 深入分析 Michael & Scott 队列的原理及其在用户态的优化实现。 无锁哈希表： 探讨使用乐观并发控制（OCC）策略的哈希表设计，以及如何处理动态扩容的复杂性。 基于 RCU (Read-Copy-Update) 的机制： 在用户态模拟 RCU 的原理，用于高读取负载场景下的数据结构更新。 第 3 章：并发抽象与调度策略 本部分超越了简单的互斥锁。我们将研究现代调度器（如 Linux CFS 或 FreeBSD ULE）如何管理线程和进程。重点在于： 细粒度同步与竞争粒度分析： 如何精确计算锁竞争成本，并设计更小的临界区。 非阻塞任务调度： 介绍工作窃取（Work Stealing）算法的最新变体及其在异步运行时（如 Cilk 或 Go Runtime）中的应用。 事务性内存（STM）的现状与挑战： 探讨硬件事务性内存（HTM）在主流架构上的可用性、局限性，以及软件事务性内存（STM）在特定场景下的性能权衡。 第二部分：现代操作系统内核设计与实现深度解析（约 50000 字） 本部分将以 Linux 内核（特别是较新的 LTS 版本分支）和类 Unix 内核为蓝本，解析其在调度、虚拟内存和I/O子系统中的核心设计决策。 第 4 章：内核调度器进阶 深入分析进程和线程在内核中的表示与上下文切换的成本。重点解析： 抢占式调度与时间片分配： 现代调度器如何平衡实时性、吞吐量和公平性。 NUMA 感知调度： 处理器亲和性（Affinity）与跨节点内存访问延迟的优化，探讨调度器如何将进程绑定到特定 NUMA 节点。 负载均衡机制： 跨核、跨 CPU 组的负载迁移算法，以及其对缓存热度的影响。 第 5 章：虚拟内存管理与页表优化 本章深入到硬件支持的内存抽象层。讨论现代 MMU（内存管理单元）的工作原理，包括 TLB（转换后援缓冲器）的结构、查找机制及其管理策略（如 TLB 命中率优化、TLB 射频）。 页表结构： 解析四级页表（PML4）的内存开销与访问延迟，以及 KSM（内核共享内存）的去重技术。 内存分配器： 详细剖析 Slab、SLUB 分配器的设计，特别关注小对象分配的效率与碎片化控制。 第 6 章：高性能 I/O 子系统与中断处理 本部分关注内核如何高效地处理外部设备的数据流，这是系统性能的瓶颈所在。 中断处理与软中断： 硬件中断（IRQ）的延迟和上下文，以及如何使用软中断（如 Linux 的 NAPI）来平衡延迟和批量处理效率。 异步 I/O 架构（AIO/io_uring）： 详细解析 `io_uring` 的设计哲学，它如何通过共享环形缓冲区极大地减少内核态/用户态的上下文切换次数，实现零拷贝（Zero-Copy）操作的极致性能。分析其在网络、存储栈中的应用。 网络协议栈优化： 内核网络栈中零拷贝技术（如 Sendfile, Recvfile）的实现细节，以及如何绕过部分内核处理路径以降低延迟。 目标读者 本书适合具备扎实 C/C++ 基础，并对操作系统内部机制有深入了解的专业人士。阅读本书需要读者对汇编语言、计算机体系结构有基本的认知。 本书价值 通过本书的学习，读者将能够： 1. 识别并消除传统同步机制带来的性能瓶颈，设计出可证明正确性的高性能并发组件。 2. 理解现代操作系统内核如何平衡性能、安全和公平性，并能据此调整应用程序的资源请求。 3. 掌握构建下一代高吞吐量、低延迟系统的底层技术栈。 ---

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