WebAssembly原理与核心技术 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者: 作者:张秀宏出品人: 页数:272 译者: 出版时间:2020-10-1 价格:79 装帧:平装 isbn号码:9787111665540 丛书系列:Web开发技术丛书

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具体描述

WebAssembly是栈式虚拟机和字节码技术的*新应用，在Web开发、后端开发、区块链等领域大显身手，越来越受欢迎。

本书是WebAssembly入门和进阶的必读书，它不仅对WebAssembly的工作原理、核心技术和规范进行了全面的剖析和解读，而且给出了实现WebAssembly解释器和AOT编译器的思路和代码。

本书共14章，分为四个部分：

第壹部分 WebAssembly概述（第1章）

主要介绍了WebAssembly的概念、发展历史以及阅读本书需要做的准备工作。

第二部分二进制和文本格式（第2~4章）

详细讲解了WebAssembly的二进制格式、文本格式以及指令集。

第三部分虚拟机和解释器（第5~11章）

详细讲解了WebAssembly的解释器和虚拟机的工作原理以及实现思路，包括操作数栈、内存、函数调用、控制指令、链接和实例化、错误处理和验证等。

第四部分 WebAssembly进阶（第12~14章）

深入地讲解了AOT编译器的实现思路和WebAssembly的提案等内容。

通过阅读本书，读者不仅可以理解WebAssembly核心原理，还可以学习如何实现WebAssembly解释器和AOT编译器。即收获了“鱼”，又学会了“渔”。

数字时代的基石：计算架构与系统编程实务内容提要：本书深入探讨了现代计算系统最底层的原理与实践，聚焦于处理器设计、内存管理、操作系统内核、并发模型以及高性能计算编程范式的演进。它不是关于特定应用层技术或框架的指南，而是旨在为读者构建坚实的底层知识体系，理解软件运行的物理边界与逻辑限制。全书内容围绕如何高效地组织数据、调度任务以及利用硬件特性展开，通过严谨的理论推导与丰富的工程案例，揭示从硅片到高效软件之间的桥梁。 --- 第一部分：深度剖析计算的物理基础第一章：晶体管的逻辑与数字电路的构建本章从物理层面的半导体特性出发，阐述晶体管如何作为信息处理的基本开关。我们将详细解析CMOS逻辑门的工作原理、时序特性及其在集成电路中的物理布局挑战。重点讨论组合逻辑与时序逻辑电路的设计范式，例如锁存器（Latch）和触发器（Flip-Flop）的构造，以及它们在同步电路设计中的关键作用。此外，本章还将简要介绍EDA工具流在芯片设计中的作用，以及摩尔定律的物理瓶颈。第二章：中央处理单元（CPU）的微架构本章深入现代高性能处理器的核心——微架构。我们将超越冯·诺依曼模型的基本描述，专注于指令级并行（ILP）的实现机制。详细分析流水线（Pipeline）的深度与结构、分支预测单元（Branch Predictor）的算法（如Gshare、TAGE）及其对性能的影响。随后，重点剖析乱序执行（Out-of-Order Execution, OoOE）的实现，包括指令缓冲（Reorder Buffer, ROB）、保留站（Reservation Station）以及寄存器重命名技术。读者将理解为什么指令的“依赖关系”是限制现代CPU性能提升的关键瓶颈。第三章：存储器层级结构与性能优化理解数据在CPU和主存之间的传输效率是高性能计算的基石。本章系统地梳理了存储器层级结构，从寄存器、L1/L2/L3缓存到主内存（DRAM）。重点讲解缓存的工作原理，包括映射策略（直接映射、全相联、组相联）、写策略（写回、直写）以及替换算法（LRU、FIFO）。随后，探讨内存一致性模型（如x86 TSO、ARM等）的细微差别，以及如何通过内存屏障（Memory Barrier/Fence）来保证多核环境下的数据正确性。 --- 第二部分：操作系统与系统调用的机制第四章：进程、线程与上下文切换的开销本章探讨操作系统如何抽象硬件资源以支持多任务环境。详细阐述进程（Process）与线程（Thread）的结构差异、它们在内存地址空间上的隔离性与共享性。核心内容是上下文切换（Context Switch）的完整流程，分析寄存器保存、页表切换、TLB（Translation Lookaside Buffer）失效的成本，从而量化多任务切换对性能的实际影响。第五章：虚拟内存管理与地址翻译本章揭示虚拟地址到物理地址的转换过程。深入解析多级页表（Page Table）的结构、页表项（PTE）的组成，以及TLB在加速地址翻译中的关键作用。讨论缺页中断（Page Fault）的处理流程，以及内存分页机制在实现内存保护、文件映射和高效内存共享方面的工程实践。第六章：同步原语的底层实现与陷阱系统编程中最难掌握的部分是并发控制。本章专注于操作系统提供的同步原语，如互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）和条件变量（Condition Variable）的内核实现。讨论原子操作（Atomic Operations）的硬件基础（如Load-Link/Store-Conditional或Compare-and-Swap, CAS），以及如何利用这些原语构建无锁（Lock-Free）数据结构，避免死锁、活锁和优先级反转等经典并发陷阱。 --- 第三部分：系统编程范式与高性能计算第七章：系统级接口编程与系统调用本章关注应用程序与内核交互的接口。详细剖析系统调用的机制，包括用户态到内核态的模式切换、参数传递约定。重点研究文件I/O模型，对比同步阻塞I/O、异步I/O（AIO）以及基于事件驱动的I/O复用模型（如`select`/`poll`/`epoll`或`kqueue`），分析它们在处理高并发连接时的性能差异。第八章：零拷贝（Zero-Copy）技术与数据传输优化在网络和存储密集型应用中，数据的多次内核/用户空间拷贝是性能瓶颈。本章专门探讨“零拷贝”技术，如`sendfile()`、`splice()`等机制，并从数据结构的角度解释它们如何绕过传统I/O路径中的冗余内存复制。同时，本章还会分析DMA（Direct Memory Access）在数据传输中的角色。第九章：函数调用约定与栈帧结构理解程序是如何在运行时管理函数参数、局部变量和返回地址至关重要。本章详细对比主流架构（如x86-64, ARM）的函数调用约定（Calling Convention），解析栈帧（Stack Frame）的构造、参数传递（寄存器优先还是栈上传递）以及返回地址的维护。这是深入理解调试器工作原理和编写安全系统代码的前提。第十章：动态链接与加载机制本章探讨程序是如何从磁盘加载到内存并成功执行的。深入解析ELF（Executable and Linkable Format）文件结构，动态链接器（如ld.so）的工作原理，包括GOT（Global Offset Table）和PLT（Procedure Linkage Table）的机制，以及运行时重定位的实现。理解这些机制有助于诊断库依赖问题和优化程序启动时间。 --- 第四章：性能分析与系统调试工具集第十一章：性能分析工具与硬件性能计数器本章介绍如何量化程序性能瓶颈。重点讲解如何使用性能分析器（Profiler）来识别CPU热点和I/O等待。深入探讨PMU（Performance Monitoring Unit）及其暴露的硬件性能计数器（如指令周期、缓存未命中率、分支预测错误次数），并指导读者如何使用这些底层数据来指导代码重构。第十二章：系统调试与信号处理系统级调试是定位复杂错误的关键技能。本章介绍使用GDB等调试工具的高级技巧，包括设置条件断点、检查内存布局和分析堆栈回溯。同时，详细阐述进程如何响应操作系统发送的信号（Signals），以及编写信号处理函数时需要注意的异步安全问题。 --- 面向读者：本书适合有一定C/C++编程基础，并希望深入理解计算机系统底层运行机制的软件工程师、系统程序员、编译器开发者以及计算机科学专业的学生。阅读本书将使读者建立起一种“由下至上”的视角，从而编写出更高效、更稳定、更能充分发挥现代硬件潜能的软件系统。

作者简介

张秀宏

服务器开发工程师，在游戏服务器、区块链等领域有多年的开发和架构经验。曾在EA、乐元素、比特大陆等公司担任高级服务器工程师，对Java、Go、Lua等语言以及高级语言虚拟机有非常深入的研究。

曾独立撰写畅销书《自己动手写Java虚拟机》和《自己动手实现Lua：虚拟机、编译器、标准库》，广受读者好评。

目录信息

前言
第一部分　概述
第1章　 Wasm介绍3
11　Wasm简史3
12　Wasm简介6
13　准备工作10
14　你好Wasm11
15　本章小结13
第二部分　二进制和文本格式
第2章　二进制格式17
21　二进制格式介绍17
211　Wasm二进制格式总体结构18
212　索引空间21
213　实体类型23
22　二进制格式分析25
220　魔数和版本号25
221　类型段26
222　导入段28
223　函数段30
224　表段30
225　内存段31
226　全局段32
227　导出段33
228　起始段34
229　元素段35
2210　代码段35
2211　数据段37
2212　自定义段38
23　二进制格式解码39
231　LEB128介绍39
232　解码基本类型41
233　解码向量类型44
234　处理tag44
235　解码代码项和表达式45
236　解码整体结构45
237　处理错误情况47
24　实现dump命令48
25　本章小结50
第3章　指令集51
31　指令集介绍51
311　操作码51
312　助记符53
313　立即数54
314　操作数57
32　指令分析58
321　数值指令58
322　变量指令60
323　内存指令61
324　结构化控制指令62
325　跳转指令64
326　函数调用指令65
33　指令解码66
34　完善dump命令69
35　本章小结70
第4章　文本格式71
41　基本结构71
411　类型域72
412　导入和导出域73
413　函数域75
414　表域和元素域75
415　内存域和数据域76
416　全局域77
417　起始域77
42　指令78
421　普通形式78
422　折叠形式79
43　本章小结81
第三部分　虚拟机和解释器
第5章　操作数栈85
51　操作数栈85
52　虚拟机87
521　指令循环88
522　指令分派88
53　参数指令89
531　drop指令90
532　select指令90
54　数值指令91
541　常量指令92
542　测试指令92
543　比较指令93
544　一元算术指令95
545　二元算术指令96
546　类型转换指令99
55　本章效果103
56　本章小结105
第6章　内存107
61　内存介绍107
62　内存实现108
63　内存指令109
631　size和grow指令110
632　加载指令111
633　存储指令113
64　本章效果115
65　本章小结117
第7章　函数调用（上）119
71　函数调用介绍119
72　函数调用实现122
721　增强操作数栈123
722　添加调用栈124
723　增强虚拟机126
724　call指令127
73　局部变量指令129
731　localget指令130
732　localset指令130
733　localtee指令131
74　全局变量指令132
741　globalget指令132
742　globalset指令133
75　本章效果134
76　本章小结135
第8章　控制指令137
81　控制指令介绍137
811　跳转标签138
812　跳转标签索引139
813　块类型141
82　控制指令实现142
821　block和loop指令142
822　if指令144
823　br指令146
824　br_if指令148
825　br_table指令149
826　return指令150
827　unreachable和nop指令151
83　本章效果152
84　本章小结153
第9章　函数调用（下）155
91　本地函数调用155
911　本地函数介绍155
912　统一两种函数158
913　调用本地函数159
914　链接本地函数161
915　测试本节代码162
92　间接函数调用163
921　间接函数调用介绍163
922　实现表165
923　初始化表166
924　call_indirect指令167
925　测试本节代码168
93　本章小结169
第10章　链接和实例化171
101　定义实例接口171
102　实现实例接口174
1021　函数174
1022　表176
1023　全局变量177
1024　虚拟机177
103　实例化模块178
104　本章效果180
105　本章小结183
第11章　错误处理和验证185
111　各种错误186
1111　解码错误186
1112　结构错误188
1113　实例化错误189
1114　运行时错误190
112　验证整体结构190
113　验证函数字节码192
1131　数据结构193
1132　操作数栈194
1133　控制栈195
1134　验证指令197
114　本章效果198
115　本章小结199
第四部分　进阶
第12章　编译为Wasm203
121　控制指令203
122　参数指令207
123　变量指令208
124　内存指令210
125　数值指令213
126　本章小结215
第13章　AOT编译器217
131　AOT介绍217
132　编译模块219
133　编译函数220
1331　内部函数221
1332　外部函数222
1333　导出函数222
1334　辅助方法223
134　编译指令224
1341　参数指令224
1342　变量指令225
1343　内存指令226
1344　数值指令227
1345　结构化控制指令228
1346　跳转指令230
1347　函数调用指令231
135　本章效果233
136　本章小结234
第14章　提案和前景235
141　提案235
1411　多块内存237
1412　内存块操作237
1413　引用类型239
1414　尾递归调用241
1415　异常处理242
1416　多线程支持244
1417　其他提案247
142　前景248
附录A　Wasm指令表249
附录B　二进制格式
附录C WAT语法255
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

☆☆☆☆☆

翻开这本关于现代网页技术前沿的书，我最大的感受就是它对WebAssembly（Wasm）这个概念的铺陈，简直是为我这样既想了解底层原理，又渴望掌握实际应用技巧的开发者量身定做的。书中对Wasm的二进制格式的解析非常深入，从模块结构到函数签名，再到内存模型，每一个细节都经过了细致的剖析。它没有停留在浮于表面的“快”和“跨平台”这些宣传口号上，而是真正深入到了编译目标、线性内存的布局以及类型系统的设计哲学中去。读完前几章，我对Wasm如何与JavaScript环境高效协同工作，以及它在虚拟机级别是如何执行代码的，有了一个脱胎换骨的理解。尤其对AOT编译和JIT策略在不同宿主环境中的差异讨论，见解独到，让我对未来Web性能优化有了新的思考方向。这本书的结构安排非常合理，从基础概念的建立，到高级特性的介绍，再到实际的性能调优实践，层层递进，逻辑严密，真正体现了“原理与核心技术”的深度。

☆☆☆☆☆

这本书的叙事方式非常引人入胜，它不是那种枯燥的官方文档堆砌，而更像是一场技术导游带领我们探索Wasm世界的旅程。作者在描述那些看似复杂的底层机制时，总能巧妙地穿插一些生动的比喻和实际的编程场景，让那些抽象的内存寻址、堆栈操作变得触手可及。比如，书中对Wasm GC（垃圾回收）接口的探讨，不只是罗列了规范草案，而是结合了现代语言（如Rust、Go）的内存管理范式，对比了传统JS引擎的GC策略，这种跨领域对比极大地拓宽了我的视野。它让我理解了Wasm不仅仅是一个编译目标，更是一个影响整个软件栈架构的新范式。读完后，我立刻有种冲动想去尝试用不同的语言编译代码到Wasm，并观察它们在浏览器和Node.js环境中的表现差异。这种实践的驱动力，正是优秀技术书籍的价值所在。

☆☆☆☆☆

这本书的编排结构，特别是对工具链和生态系统的梳理，让人印象深刻。它不仅仅关注Wasm运行时本身，更把视角延伸到了整个开发生命周期。从编译器的选择（Emscripten、wasm-pack等）到调试工具的使用，再到部署和版本控制的最佳实践，作者都给出了详尽的指导。我尤其欣赏其中关于性能基准测试（Benchmarking）章节的严谨性，它教导读者如何科学地测量Wasm代码的真实性能，避免陷入误区。不同于市面上许多只关注“如何快速上手”的教程，这本书的要求更高，它促使读者去思考“为什么是这样”以及“如何做得更好”。这种对技术深度和广度兼顾的写作风格，使得这本书不仅适合初学者建立认知框架，更适合希望深入优化和创新应用的中高级开发者作为案头参考手册。

☆☆☆☆☆

这本书的文字风格非常沉稳且富有洞察力，很少使用夸张的形容词，而是依靠扎实的技术细节和逻辑推理来构建论点。它在探讨Wasm的局限性，比如与DOM的交互延迟、异常处理的复杂性等方面，表现出难得一见的客观与批判性。这种平衡的视角，让我更理性地认识到Wasm并非万能的“银弹”，而是一个需要根据具体场景谨慎选择的技术。书中对WebAssembly Text Format (WAT) 的讲解详尽到令人称赞，通过对这种人类可读格式的解析，使得原本晦涩的二进制结构变得直观易懂。总而言之，这是一部严肃、深入、面向未来的技术专著，它不是教你如何快速实现一个Demo，而是赋予你理解和掌握WebAssembly底层运行逻辑的“内功心法”，对于想要在下一代Web技术浪潮中占据制高点的技术人员来说，是不可或缺的宝藏。

☆☆☆☆☆

作为一名资深前端工程师，我一直对Web生态的演进保持高度关注，而这本书清晰地勾勒出了Wasm在未来前端架构中所扮演的关键角色。它没有沉溺于理论的海洋，而是用大量的篇幅聚焦于“核心技术”的应用层面。无论是关于WebAssembly System Interface (WASI) 的详细介绍，还是如何利用其沙箱特性构建安全的插件系统，都极具实操价值。特别是对复杂应用（如视频编解码、大型游戏引擎）移植到Web平台的案例分析，展现了Wasm在突破传统JavaScript性能瓶颈方面的巨大潜力。书中还花了相当的笔墨讨论了Wasm模块与现有JS库的互操作性挑战及解决方案，这些都是我们在实际工作中会遇到的痛点。这本书让我对“组件化”和“微服务”在浏览器端的实现有了更深层次的思考，它提供了一套比以往任何技术都更具普适性和安全性的新工具箱。

☆☆☆☆☆

侧重点在于虚拟机的实现，很不错，需要配合代码来阅读操作。不过以为还会有浏览器与 wasm 交互部分的原理，总体来说，这本书值得一看。

☆☆☆☆☆

张老师又出新书了，WASM是栈式虚拟机和字节码技术的应用，现在我们公司也开始用了，出的真及时！内容非常详尽,对入门者也相当友好！好书

☆☆☆☆☆

张老师又出新书了，WASM是栈式虚拟机和字节码技术的应用，现在我们公司也开始用了，出的真及时！内容非常详尽,对入门者也相当友好！好书

☆☆☆☆☆

建议搭配webassembly规范一起看，挺香的！

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Wasm入门必读！