Optimizing Applications for Multi-Core Processors, Using the Intel® Integrated Performance Primitive

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出版者:Intel Press
作者:Stewart Taylor
出品人:
页数:580
译者:
出版时间:2007-09-01
价格:0
装帧:Paperback
isbn号码:9781934053010
丛书系列:
图书标签:
  • Intel
  • 并行
  • Intel IPP
  • 多核处理器
  • 性能优化
  • 并行编程
  • C++
  • 应用程序优化
  • 软件开发
  • 高性能计算
  • 英特尔
  • 优化技巧
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具体描述

深入理解与实践:现代计算平台上的高性能应用开发 本书旨在为软件开发者、系统架构师以及计算机科学领域的学习者提供一个全面而深入的指南,聚焦于如何设计、实现和优化能够在日益复杂的现代多核及异构计算平台上高效运行的应用程序。 在当今的计算环境中,单核性能的提升已趋于平缓,而并行化和多核架构已成为提升系统整体吞吐量和响应速度的主流方向。然而,要充分释放多核处理器的潜力,仅仅依靠编译器自动生成并行代码是不够的。开发者需要对底层硬件的特性、内存访问的模式、同步机制的开销以及算法本身的并行化潜力有深刻的理解。本书将从基础理论出发,逐步过渡到高级的实践技巧和案例分析,帮助读者构建出真正高性能、可扩展的软件。 第一部分:多核时代的计算基础与挑战 本部分为后续高级优化奠定坚实的理论基础,探讨了现代处理器架构的演变及其对软件设计的影响。 1. 现代处理器架构透视: 深入剖析超标量、乱序执行、指令级并行(ILP)的实现机制。详细阐述多核系统的拓扑结构,包括片上缓存层次(L1, L2, L3)、内存一致性模型(如MESI协议)以及非一致性内存访问(NUMA)架构。理解这些硬件特性是避免性能瓶颈的关键第一步。 2. 并行计算的理论基石: 介绍衡量并行效率的核心指标,如阿姆达尔定律(Amdahl's Law)与古斯塔夫森定律(Gustafson's Law),帮助读者评估特定算法的理论加速潜力。探讨任务并行(Task Parallelism)与数据并行(Data Parallelism)的差异及其适用场景。 3. 并行编程范式的演变: 回顾从共享内存模型(如Pthreads, OpenMP)到消息传递接口(MPI)等主流并行编程模型的历史与现状。重点分析现代编程语言(如C++的并发特性、Rust的所有权模型)如何尝试提供更安全、更易于管理的并发抽象。 4. 性能分析的艺术与科学: 强调“测量胜于猜测”的原则。介绍如何使用专业的性能分析工具(如Linux `perf`, 硬件性能计数器API)来精确识别热点代码、缓存未命中率、分支预测错误率等关键性能指标。学会解读汇编代码和微架构事件报告,是进行深度优化的前提。 第二部分:共享内存环境下的精细化并发控制 共享内存模型是最常见的多核编程范式。本部分侧重于如何高效且正确地管理多个线程对共享数据的访问。 5. 线程同步的代价分析: 细致考察互斥锁(Mutexes)、读写锁(RWLocks)和信号量(Semaphores)的内部工作原理及其引入的性能开销。特别关注锁竞争(Lock Contention)的根源——上下文切换、内核态切换以及内存屏障的引入。 6. 无锁(Lock-Free)与等待无关(Wait-Free)编程: 深入探讨如何利用原子操作(Atomic Operations)和比较并交换(CAS)指令来实现更高并发度的同步机制。本书将提供具体的算法示例,展示如何构建无锁队列、栈等基本数据结构,并分析其在特定硬件上的实际性能表现。 7. 缓存行伪共享与数据对齐: 解释CPU缓存如何以缓存行(Cache Line)为单位进行数据传输,并详细阐述“伪共享”(False Sharing)现象如何严重损害并行程序的性能。提供实用的技术,如结构体成员的填充(Padding)和数据结构的设计,以确保数据在不同核之间高效流动。 8. 内存模型与内存屏障: 阐述编程语言定义的内存模型(如C++ Memory Model)与底层硬件的内存一致性模型之间的映射关系。详细解释各种内存屏障(Load Barrier, Store Barrier, Full Barrier)的作用、必要性以及编译器优化可能带来的“不一致性”问题,确保程序在不同编译器优化级别下行为的一致性。 第三部分:算法的并行化与数据布局优化 本部分着眼于如何将传统的串行算法转化为适应并行架构的高效并行实现,并聚焦于数据在内存中的布局。 9. 经典算法的并行化策略: 选取具有代表性的计算密集型任务(如矩阵乘法、快速傅里叶变换FFT、排序算法)作为案例。对比和分析不同的划分策略(如静态划分、动态工作窃取Work Stealing),以及在这些策略下如何处理边界条件和负载均衡问题。 10. 向量化与单指令多数据(SIMD): 探讨如何利用现代处理器提供的SIMD指令集(如SSE, AVX系列)来同时处理多个数据元素。本书将指导读者如何编写内联汇编或使用编译器自动向量化提示(Pragmas),以最大化每个核心的吞吐量。讨论向量化与并行化之间的协同作用。 11. 空间局部性与数据重排: 强调数据访问模式对缓存性能的决定性影响。深入讨论如何通过数据重排(如Tiling/Blocking技术)来改善算法的空间局部性和时间局部性。通过对大型数据集的处理案例,演示如何通过优化数据访问顺序,显著减少缓存缺失。 12. 层次化并行设计: 针对大规模并行应用,介绍如何结合多种并行模型。例如,在一个NUMA系统上,首先在节点间使用MPI进行进程间通信,然后在每个节点内部使用OpenMP或TBB(Threading Building Blocks)进行线程级并行,并结合SIMD指令在最小粒度上加速计算。 第四部分:异构计算环境与未来趋势 本部分展望了高性能计算的前沿领域,特别是通用图形处理器(GPGPU)和其他加速器的集成。 13. GPU编程模型概述: 介绍GPU的流式多处理器(SM)架构及其与CPU的协同工作方式。概述主流的GPU编程框架(如CUDA, OpenCL)的基本概念,包括内核(Kernel)、线程束(Warp)和网格(Grid)的组织结构。 14. CPU与加速器的负载均衡: 讨论在CPU/GPU混合架构中,如何有效地划分工作负载以达到最佳的整体性能。这包括数据传输开销的管理、异步操作的使用,以及如何确保CPU不会因等待GPU完成计算而空闲。 15. 运行时调度与自适应优化: 探讨更高级的运行时系统和任务调度框架(如Intel TBB的动态任务调度),它们如何根据系统负载和硬件状态,自动调整并行粒度和任务分配,实现更高程度的系统自适应性。 本书不仅仅是一本关于并行编程语法的参考手册,更是一本关于思维模式转换的指南。它要求读者跳出传统的顺序执行思维,深入理解硬件的微观行为,从而能够系统性地识别和消除现代计算平台上的性能瓶颈,构建出真正面向未来的、高效、可扩展的应用程序。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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拿到这本书,我感觉我像是一个寻宝者,终于找到了那份藏宝图。过去,我总是绞尽脑汁地思考如何让我的代码运行得更快,但很多时候都陷入了“优化一座孤岛”的困境。我的应用程序可能在某个功能上做得很好,但在整体性能上却始终提不上去,尤其是在面对日益增长的数据量和复杂的计算需求时,这种力不从心感尤为明显。这本书,就像一个经验丰富的向导,不仅指明了前进的方向,还提供了最精良的工具。它让我明白了,真正的性能优化,不仅仅是算法的微调,更重要的是要学会如何利用硬件的特性。这本书对多核处理器的架构进行了非常细致的阐述,从物理核心、逻辑核心、缓存层级到指令流水线,让我对这些“幕后英雄”有了前所未有的清晰认识。我尤其欣赏书中对“线程同步”和“并发模型”的讲解,它并没有止步于理论,而是通过大量贴合实际场景的代码片段,演示了如何避免死锁、竞态条件等常见的并发问题。而 Intel® IPP 的引入,则是我觉得这本书最有价值的部分。我一直以来都在处理一些涉及大量浮点运算和向量操作的代码,这些都是性能优化的重灾区。通过这本书,我学会了如何使用 IPP 中提供的各种高度优化的函数,比如针对矩阵乘法、傅里叶变换、滤波器等操作。那些我曾经花费大量时间和精力去手写优化循环的函数,现在只需要调用一两个 IPP 函数就能轻松实现,而且性能提升是指数级的。我曾经以为这些高级的优化技巧只属于那些顶级的性能工程师,但这本书让我相信,只要有正确的指导和合适的工具,任何一个开发者都能掌握这些技巧,并将其应用到自己的工作中。

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说实话,我拿到这本书的时候,并没有抱太大的期望。我读过太多关于性能优化的书籍,它们要么过于理论化,要么提供一些过时的技巧。但这本书,彻底改变了我的看法。它以一种非常直观的方式,将复杂的多核处理器技术和 Intel® IPP 这个强大的工具集联系起来。我一直对多核处理器感到好奇,但又不清楚如何真正发挥它的潜力。这本书的第一部分,详细地解释了多核处理器的基本原理,包括指令级并行、数据级并行等概念,还用了很多图示来辅助理解,这让我一下子就明白了为什么我的单核代码在多核处理器上并不能自动获得多倍的性能提升。然后,它自然而然地引入了 Intel® IPP。我之前也听说过 IPP,但总觉得它是一个非常庞大且难以掌握的库。但这本书,通过一系列精选的案例,比如图像滤波、音频处理、数值计算等,一步步地教我如何使用 IPP 来解决实际问题。我印象最深刻的是,它并没有简单地给出代码,而是详细地解释了每个函数背后的优化思想,比如向量化指令(SSE/AVX)、SIMD(Single Instruction, Multiple Data)等等。我甚至能感受到,作者在编写这些例子时,是多么地用心,力求将最核心的知识传达给读者。这本书的第二版,据说在第一版的基础上进行了更新,增加了对新指令集的支持,以及更广泛的应用场景。我迫不及待地想要深入研究其中的内容,我相信这本书一定会成为我提升应用程序性能的宝贵财富。

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当我翻开这本书的时候,我就知道我找到我要的东西了。我一直以来都在为应用程序的性能感到头疼,尤其是在面对日益复杂的计算需求和海量的数据时,我感觉我的代码就像一个缓慢的蜗牛。我尝试过很多方法,但效果总是差强人意。这本书,它不仅仅是一本书,更像是一个指引我走向性能巅峰的地图。它从最基础的多核处理器架构讲起,用非常生动的语言解释了为什么需要并行计算,以及如何在多核环境下实现高效的并行。我尤其欣赏它对“数据局部性”和“内存带宽”等概念的阐述,这让我对应用程序的性能瓶颈有了更深刻的理解。然后,它非常自然地引入了 Intel® IPP。我之前对 IPP 的印象一直停留在“听说过”的层面,觉得它是一个非常专业且门槛很高的工具。但这本书,通过大量的代码示例,将 IPP 的使用变得非常简单易懂。我被书中关于图像处理、信号处理、数据压缩等方面的例子深深吸引。我特别喜欢它对矩阵运算和向量运算的优化讲解,用 IPP 的函数替换掉我之前手写的低效代码,性能提升简直是惊人的。我开始意识到,很多我以为的“优化”,其实都可以通过调用高度优化的库来轻松实现。这本书的第二版,据说在第一版的基础上进行了大量的更新,加入了对新一代多核处理器的支持,以及更广泛的应用场景。我非常期待能够深入学习其中的内容,我相信这本书一定会成为我解决应用程序性能问题的“秘密武器”。

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这本书,真的像是为我量身定制的。我一直在努力让我的应用程序在性能上更上一层楼,尤其是在处理大量数据和复杂计算时,我总觉得我的代码就像被束缚了手脚。我尝试过很多不同的优化方法,但效果总是不尽如人意。直到我遇到这本书,我才找到了真正的解决之道。它首先从多核处理器的基本原理讲起,用非常生动形象的比喻,解释了为什么需要并行计算,以及如何在多核环境下实现高效的并行。我特别喜欢它对“缓存一致性”、“内存屏障”等概念的讲解,这让我对应用程序的性能瓶颈有了更深刻的理解。然后,它非常自然地引入了 Intel® IPP。我之前对 IPP 的印象一直停留在“听过但没用过”的层面,总觉得它是一个非常专业且门槛很高的工具。但这本书,通过大量的代码示例,将 IPP 的使用变得非常简单易懂。我被书中关于图像处理、信号处理、数据分析等方面的例子深深吸引。我尤其喜欢它对矩阵运算、向量运算和滤波器等核心操作的优化讲解,用 IPP 的函数替换掉我之前手写的低效代码,性能提升简直是指数级的。我开始意识到,很多我以为的“优化”,都可以通过调用高度优化的库来轻松实现。这本书的第二版,据说在第一版的基础上进行了大量的更新,加入了对新一代多核处理器的支持,以及更广泛的应用场景。我非常期待能够深入学习其中的内容,我相信这本书一定会成为我提升应用程序性能的“秘密武器”。

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这本书,简直就是为我这种长期在性能优化道路上摸索的开发者量身定做的。我总是感觉我的应用程序就像一个被绑住了手脚的运动员,虽然有强大的硬件支持,但却无法发挥出应有的潜力。市面上关于并行编程的书籍很多,但往往都过于晦涩难懂,或者只是泛泛而谈。而这本书,它就像一把金钥匙,为我打开了通往高性能计算的大门。它首先从多核处理器的基本原理入手,用非常直观易懂的方式解释了并行计算的关键概念,比如线程、锁、同步等等。我尤其喜欢书中用类比的方式来解释一些抽象的概念,比如“生产者-消费者模型”,让我这个对并发编程不太熟悉的人也能够迅速理解。然后,它非常顺理成章地引入了 Intel® IPP。我之前对 IPP 的印象一直停留在“高大上”的层面,觉得它是一个只有专业性能工程师才能驾驭的工具。但是,这本书通过大量的实际代码示例,将 IPP 的强大功能展现得淋漓尽致。我被书中关于图像处理、信号处理、数据分析等方面的例子深深吸引。我尤其喜欢它对矩阵运算、向量运算和滤波器等核心操作的优化讲解,用 IPP 的函数替换掉我之前手写的低效代码,性能提升简直是指数级的。我开始意识到,很多我以为的“优化”,都可以通过调用高度优化的库来轻松实现。这本书的第二版,据说在第一版的基础上进行了大量的更新,加入了对新一代多核处理器的支持,以及更广泛的应用场景。我非常期待能够深入学习其中的内容,我相信这本书一定会成为我提升应用程序性能的“秘密武器”。

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我必须承认,当我第一次看到这本书的时候,我并没有抱太大的期望。我读过太多关于性能优化的书籍,它们要么过于理论化,要么提供一些陈旧的技巧。但是,这本书完全颠覆了我的认知。它以一种非常清晰且实用的方式,将多核处理器的复杂性以及 Intel® IPP 这个强大的工具集融为一体。我一直以来都对如何充分发挥多核处理器的强大能力感到困惑,我的应用程序在单核时代或许还能勉强运行,但在多核时代,却显得力不从心。这本书的第一部分,对多核处理器的架构进行了非常细致的阐述,从物理核心、逻辑核心、缓存层级到指令流水线,让我对这些“幕后英雄”有了前所未有的清晰认识。我尤其欣赏书中对“线程同步”和“并发模型”的讲解,它并没有止步于理论,而是通过大量贴合实际场景的代码片段,演示了如何避免死锁、竞态条件等常见的并发问题。而 Intel® IPP 的引入,则是我觉得这本书最有价值的部分。我一直以来都在处理一些涉及大量浮点运算和向量操作的代码,这些都是性能优化的重灾区。通过这本书,我学会了如何使用 IPP 中提供的各种高度优化的函数,比如针对矩阵乘法、傅里叶变换、滤波器等操作。那些我曾经花费大量时间和精力去手写优化循环的函数,现在只需要调用一两个 IPP 函数就能轻松实现,而且性能提升是指数级的。我开始意识到,很多我以为的“瓶颈”,都可以通过调用高度优化的库来解决。

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这本书,我的天,简直就像是一把解开我多年疑惑的钥匙。我一直以来都沉浸在单核处理器的世界里,对多核的潜在威力只是模糊地知道,但具体该如何挖掘,如何让我的应用程序在这些强大的并行架构上飞驰,我却束手无策。市面上虽然不乏讲并行编程的书籍,但往往都过于理论化,或者只是泛泛而谈,很难触及到实操层面。而这本《Optimizing Applications for Multi-Core Processors, Using the Intel® Integrated Performance Primitives, Second Edition》,简直就是把我带到了一个全新的境界。首先,它并没有一开始就抛出晦涩难懂的算法和理论,而是从多核处理器的工作原理入手,非常清晰地解释了为什么并行化是必要的,以及在多核环境下,CPU之间是如何协同工作的。我特别喜欢它对“缓存一致性”、“内存屏障”等概念的讲解,用非常形象的比喻,让我这个非硬件出身的开发者也能理解其中的奥妙。然后,它顺理成章地引出了 Intel® IPP(Integrated Performance Primitives)这个工具集。我之前对 IPP 的印象一直停留在“听过但没用过”,感觉是个非常专业且门槛很高的东西。但这本书,通过大量的代码示例,一步步地展示了如何利用 IPP 来优化图像处理、信号处理、数据分析等常见的计算密集型任务。我最惊喜的是,它并不是简单地罗列 IPP 的 API,而是深入剖析了每个函数在底层是如何实现的,以及为什么它能提供比普通C++代码更高的性能。比如,对于一个简单的向量加法,书中展示了如何用 IPP 的函数来代替手写的循环,然后对比了两者的性能差异,这给我带来的震撼是难以言喻的。我开始意识到,很多我以为的“瓶颈”,其实都可以通过调用高度优化的库来解决,而 IPP 正是这样一个宝库。这本书的第二版,据说在第一版的基础上做了大量的更新,加入了对新一代多核处理器的支持,以及更前沿的优化技术。我非常期待能够深入学习其中的内容。

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在我看来,这本书就像是一场精心策划的性能优化盛宴。我长期以来都对如何充分利用多核处理器的强大能力感到困惑,我的应用程序在单核时代或许还能勉强运行,但在多核时代,却显得力不从心。各种并行编程模型和库层出不穷,让我眼花缭乱,无从下手。而这本《Optimizing Applications for Multi-Core Processors, Using the Intel® Integrated Performance Primitives, Second Edition》,它就像一位经验丰富的向导,为我指明了前进的方向。首先,它并没有一开始就抛出晦涩难懂的理论,而是从多核处理器的基本架构出发,循序渐进地讲解了并行计算的核心概念。我尤其欣赏它对“线程”、“进程”、“同步机制”等概念的清晰阐述,用非常形象的比喻,让我这个非硬件出身的开发者也能轻松理解。更重要的是,它没有止步于理论,而是非常自然地引入了 Intel® IPP。我之前对 IPP 的印象一直停留在“听说过”的层面,觉得它是一个非常专业且门槛很高的工具。但这本书,通过大量的代码示例,将 IPP 的使用变得非常简单易懂。我被书中关于图像处理、信号处理、数据分析等方面的例子深深吸引。我尤其喜欢它对矩阵运算、向量运算和滤波器等核心操作的优化讲解,用 IPP 的函数替换掉我之前手写的低效代码,性能提升简直是指数级的。我开始意识到,很多我以为的“瓶颈”,都可以通过调用高度优化的库来解决。这本书的第二版,据说在第一版的基础上进行了大量的更新,加入了对新一代多核处理器的支持,以及更广泛的应用场景。我非常期待能够深入学习其中的内容,相信这本书一定会成为我提升应用程序性能的“圣经”。

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我一直以来都在为应用程序的性能感到头疼,尤其是在处理大量数据和复杂计算时,我感觉我的代码就像一个缓慢的蜗牛。我尝试过很多方法,但效果总是差强人意。直到我遇到这本书,我才找到了真正的解决之道。它首先从多核处理器的基本原理讲起,用非常生动形象的比喻,解释了为什么需要并行计算,以及如何在多核环境下实现高效的并行。我特别喜欢它对“缓存一致性”、“内存屏障”等概念的讲解,这让我对应用程序的性能瓶颈有了更深刻的理解。然后,它非常自然地引入了 Intel® IPP。我之前对 IPP 的印象一直停留在“听过但没用过”的层面,总觉得它是一个非常专业且门槛很高的工具。但这本书,通过大量的代码示例,将 IPP 的使用变得非常简单易懂。我被书中关于图像处理、信号处理、数据分析等方面的例子深深吸引。我尤其喜欢它对矩阵运算、向量运算和滤波器等核心操作的优化讲解,用 IPP 的函数替换掉我之前手写的低效代码,性能提升简直是指数级的。我开始意识到,很多我以为的“优化”,都可以通过调用高度优化的库来轻松实现。这本书的第二版,据说在第一版的基础上进行了大量的更新,加入了对新一代多核处理器的支持,以及更广泛的应用场景。我非常期待能够深入学习其中的内容,我相信这本书一定会成为我提升应用程序性能的“秘密武器”。

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在我看来,这本书就像一本为我量身打造的性能优化宝典。我长期以来都对如何充分利用多核处理器的强大能力感到困惑,我的应用程序在单核时代或许还能勉强运行,但在多核时代,却显得力不从心。各种并行编程模型和库层出不穷,让我眼花缭乱,无从下手。而这本《Optimizing Applications for Multi-Core Processors, Using the Intel® Integrated Performance Primitives, Second Edition》,它就像一位经验丰富的向导,为我指明了前进的方向。首先,它并没有一开始就抛出晦涩难懂的理论,而是从多核处理器的基本架构出发,循序渐进地讲解了并行计算的核心概念。我尤其欣赏它对“线程”、“进程”、“同步机制”等概念的清晰阐述,用非常形象的比喻,让我这个非硬件出身的开发者也能轻松理解。更重要的是,它没有止步于理论,而是非常自然地引入了 Intel® IPP。我之前对 IPP 的印象一直停留在“听说过”的层面,觉得它是一个非常专业且门槛很高的工具。但这本书,通过大量的代码示例,将 IPP 的使用变得非常简单易懂。我被书中关于图像处理、信号处理、数据分析等方面的例子深深吸引。我尤其喜欢它对矩阵运算、向量运算和滤波器等核心操作的优化讲解,用 IPP 的函数替换掉我之前手写的低效代码,性能提升简直是指数级的。我开始意识到,很多我以为的“瓶颈”,都可以通过调用高度优化的库来解决。这本书的第二版,据说在第一版的基础上进行了大量的更新,加入了对新一代多核处理器的支持,以及更广泛的应用场景。我非常期待能够深入学习其中的内容,相信这本书一定会成为我提升应用程序性能的“圣经”。

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