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出版者:Morgan Kaufmann

作者:Jerome H. Saltzer

出品人:

页数:560

译者:

出版时间:2009-7-7

价格:USD 82.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780123749574

丛书系列:

图书标签:

• 系统设计
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计算机系统设计原则：跨越抽象层级的深度探索 本书的视角与目标 《计算机系统设计原则》并非一本面向初学者的、对现有技术进行罗列的教科书，而是一部旨在引导读者深入理解现代计算机系统核心设计哲学的专著。它超越了特定硬件或操作系统的局限性，聚焦于那些贯穿于从硅片到应用软件所有抽象层级的、普适性的设计权衡、性能瓶颈与优化策略。本书的核心使命是培养读者一种系统级的“架构师思维”，使其能够识别复杂系统中隐藏的相互依赖关系，并作出最优化、最可持续的设计决策。 本书的叙事结构采取自底向上、层层递进的方式，但其探讨的深度和广度，远远超出了传统教科书对“冯·诺依曼结构”或“操作系统内核”的描述。我们关注的重点是如何在资源受限的环境下，通过精巧的设计来最大化系统的整体效能、可靠性与可扩展性。 第一部分：基础单元与抽象的构建 本部分深入剖析了计算机系统的最基本构建块——晶体管层级上的逻辑门，并探讨了如何利用这些低级原语构建出功能强大的抽象层。 1. 逻辑的实现与时序的挑战： 我们首先审视了CMOS逻辑的工作原理，但关注点迅速转向了时序逻辑、锁存器和触发器的设计。重点讨论了时钟树综合（Clock Tree Synthesis, CTS） 的复杂性，以及如何通过设计来缓解时钟偏斜（Skew）和抖动（Jitter）对系统稳定性的影响。我们不会停留在基础的组合逻辑设计上，而是探讨如何利用亚稳态（Metastability）的原理来理解和解决跨时钟域通信（CDC）的固有风险。 2. 存储的层次结构与访问延迟的鸿沟： 存储系统是性能的瓶颈所在。本书详细分析了SRAM和DRAM的基本单元操作，但核心在于对存储墙（Memory Wall） 问题的深入理解。我们探究了多级缓存系统的设计哲学——包括写策略（Write-Through vs. Write-Back）、缓存一致性协议（如MESI的扩展版本）的开销与复杂性。特别是，我们将大量篇幅用于分析非均匀内存访问（NUMA） 架构下，软件如何通过优化内存布局来最小化跨节点通信的延迟，这远比传统的缓存命中率计算要复杂得多。 3. 指令集架构（ISA）的选择与权衡： 在探讨RISC与CISC的哲学差异后，本书重点分析了现代微处理器如何通过复杂的流水线（Pipelining）、超标量（Superscalar） 执行和乱序执行（Out-of-Order Execution） 来隐藏指令级并行性的障碍。我们不会仅仅描述这些技术，而是会量化分支预测单元（Branch Predictor）的错误成本，以及现代处理器中微操作（Micro-op）缓存与指令预取器之间的微妙平衡。 第二部分：系统核心与资源管理 本部分将视角提升到操作系统和虚拟化层面，探讨资源管理的挑战及其设计决策如何影响整体系统的表现和安全性。 4. 进程与线程的调度范式： 传统的先入先出（FIFO）或轮转（Round-Robin）调度已经不足以应对现代多核和异构计算环境。本书探讨了如完全公平调度器（CFS） 等复杂调度算法背后的公平性与延迟权衡。我们特别关注实时系统（RTOS） 中的优先级继承（Priority Inheritance）和优先级天花板（Priority Ceiling）协议，用以避免优先级反转（Priority Inversion） 这一在嵌入式和关键任务系统中常见的致命缺陷。 5. 内存管理与虚拟化： 虚拟内存的设计不仅是地址映射，更是安全隔离的基础。我们深入解析转译后备缓冲区（TLB） 的结构、其失效的成本，以及操作系统如何通过页表管理来应对现代应用的巨大地址空间需求。在虚拟化方面，本书侧重于硬件辅助虚拟化（如Intel VT-x或AMD-V）的机制，以及影子页表（Shadow Page Tables） 与硬件加速TLB管理（EPT/RVI） 之间性能的巨大差异，解释了为什么Hypervisor的开销（Overhead）会随着Guest OS对内存操作的频率而剧烈变化。 6. I/O系统与中断的开销： 中断是设备与CPU通信的关键，但其上下文切换成本是性能杀手。本书详述了设备树（Device Tree） 在现代系统中的作用，并对比了传统中断驱动I/O、轮询（Polling） 模式以及消息传递中断（MSI/MSI-X） 的优劣。我们还会探讨直接内存访问（DMA） 引擎的设计，它如何允许设备绕过CPU进行数据传输，以及IOMMU 在提供安全隔离和虚拟化I/O资源中的关键角色。 第三部分：网络、并发与分布式设计的本质 系统设计不再局限于单机范畴。本部分聚焦于系统间的互联，以及如何设计能够在多节点环境中正确、高效运行的软件。 7. 传输层协议的深度剖析： TCP/IP是互联网的基石，但其设计中蕴含的复杂权衡难以在教科书中完全体现。我们重点分析了拥塞控制算法（如CUBIC或BBR） 如何通过改变窗口大小来适应网络链路的特性，以及快速重传/快速恢复 机制的内在局限性。对于低延迟应用，我们会探讨用户空间网络栈（如DPDK） 如何通过绕过内核协议栈来消除系统调用的开销。 8. 并发模型的选择与死锁的规避： 在多核CPU上，并发程序的正确性是头等大事。本书不仅讨论了互斥锁（Mutexes）和信号量（Semaphores），更深入分析了无锁数据结构（Lock-Free Data Structures）的实现机制，特别是利用比较并交换（CAS） 操作的原子性保证。我们详细阐述了迪杰斯特拉的资源请求图 理论，并将其应用于识别和预防复杂的死锁（Deadlock）、活锁（Livelock） 和饥饿（Starvation） 场景。 9. 可扩展性与容错设计的权衡： 成功的分布式系统必须是可扩展且可靠的。我们探讨了一致性模型（Consistency Models），从严格的一致性到最终一致性之间的光谱。本书将系统性地介绍拜占庭容错（BFT） 机制、Paxos/Raft 等共识算法在选举领导者和同步状态中的作用，并量化在不同网络分区容忍度（CAP理论）下的性能损失。设计目标不再是“永不失败”，而是“优雅地从故障中恢复”。 结论：架构师的持续迭代 本书的最终目标是为读者提供一套强大的分析工具，使他们能够对任何新的系统挑战——无论是设计下一代固态硬盘控制器，还是构建超大规模云服务——都能够运用统一的系统设计视角进行解构和重构。它强调，计算机系统设计本质上是一门关于在时间、空间、正确性、安全性和成本之间不断进行精妙权衡的工程艺术。

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http://ocw.mit.edu/ans7870/resources/system/index.htm

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在翻阅这本书的每一个章节时，我都能感受到一种来自知识深处的震撼，仿佛在探索一个精密而又庞大的机械装置。作者以一种极其严谨且富有逻辑的方式，将计算机系统的各个组成部分及其工作原理娓娓道来。我尤其惊叹于书中对指令集架构的设计理念的阐述，它让我明白，CPU如何理解和执行指令，以及不同的指令集设计如何影响程序的效率和可移植性。作者对于存储器层次结构的讲解，也让我对缓存的工作原理和对性能的影响有了全新的认识。我曾以为内存访问是直接且快速的，但通过本书，我才了解到缓存命中率、写回策略等因素是如何至关重要的。书中关于操作系统核心的讨论，例如进程调度、内存管理和文件系统，更是让我对操作系统的职责和复杂性有了更深刻的理解。作者对于网络通信的深入剖析，也让我对数据如何在网络中传输有了更清晰的脉络。我常常在阅读过程中，不自觉地将书中的知识与我实际的开发经历联系起来，思考如何能够写出更优化的代码。这本书不仅仅是知识的堆砌，它更是一本关于如何构建高效、可靠计算系统的思想指南。

评分☆☆☆☆☆

这本书带给我的不仅仅是知识的增长，更是一种对技术世界深层奥秘的探索乐趣。作者以一种非常细腻且富有洞察力的方式，揭示了计算机系统运作的核心秘密。从指令集架构的设计哲学，到存储器层次结构带来的性能提升，再到输入输出设备如何与CPU进行高效交互，每一个环节都被剖析得淋漓尽致。我特别喜欢书中对于“抽象”概念的强调，它让我明白，计算机系统之所以能够如此复杂而又高效地运作，很大程度上依赖于层层递进的抽象，每一层都隐藏了下一层的复杂性，但又为上一层提供了更易用的接口。书中对于中断处理和异常机制的讲解，更是让我理解了计算机系统如何应对突发事件并保持稳定运行。我曾以为这些只是简单的流程控制，但通过这本书，我才了解到其背后的精妙设计，如何保证在各种异常情况下，系统仍然能够恢复并继续执行。作者在讨论I/O系统时，对DMA（直接内存访问）的解释，让我深刻理解了如何通过硬件加速来减轻CPU的负担，从而提高整体效率。此外，书中关于并行计算和分布式系统的介绍，也为我打开了新的视野，让我开始思考如何设计能够处理大规模数据和高并发请求的系统。这本书的价值在于，它不仅教我“是什么”，更教我“为什么”，以及“如何做得更好”。

评分☆☆☆☆☆

这本书如同一位循循善诱的老师，引领我一步步深入计算机系统的核心，揭开其神秘的面纱。作者的叙事方式非常引人入胜，他并没有简单地罗列知识点，而是将每一个技术概念都置于一个更宏观的背景下进行阐述，让我能够理解它们之间的联系和相互作用。我尤其喜欢书中关于指令集架构的讨论，它让我明白，CPU如何执行指令，以及不同的指令集设计如何影响软件的开发和系统的性能。作者对于存储器层次结构的讲解，更是让我大开眼界，他生动地描述了CPU、缓存、主内存和磁盘之间的速度差异，以及如何通过多级缓存来弥合这些差异，从而提高整体的执行效率。我曾以为内存访问只是简单的读写操作，但通过这本书，我才了解到其背后复杂的管理机制，例如虚拟内存、分页和分段，以及它们如何使得程序能够运行在比物理内存更大的地址空间上。书中关于I/O系统的分析，也让我对中断、DMA以及各种I/O设备的工作原理有了更清晰的认识。作者在讨论并发编程时，对于线程安全、锁机制和原子操作的讲解，更是让我理解了在多线程环境下如何避免数据竞争和保证程序的正确性。这本书不仅传授了知识，更培养了我对系统设计原理的深刻理解和对技术细节的严谨态度。

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每一次翻开这本书，我都能感受到一种知识的洪流，它以一种极其有条理且富有启发性的方式，将计算机系统的复杂性一一展现。作者的写作风格非常独特，他擅长用简洁而精准的语言，将高深的理论概念转化为易于理解的图景。我特别喜欢书中关于CPU设计的部分，它让我理解了流水线、超标量执行等技术是如何提升CPU的处理速度的。作者对于内存系统和缓存的阐述，也让我对如何优化数据访问延迟有了更深刻的认识。我曾以为内存操作是直接且高效的，但通过本书，我才了解到缓存命中率、写策略等因素是如何影响整体性能的。书中关于操作系统核心的讲解，例如进程管理、内存分配和文件系统，更是让我对操作系统的角色和功能有了更全面的理解。作者对于网络协议栈的剖析，也让我对数据如何在互联网上传输有了更清晰的脉络。我尤其欣赏书中关于系统性能评估和调优的讨论，它教我如何像一个医生一样，诊断系统的“病症”，并开出“药方”。这本书不仅仅是知识的集合，更是一种思考方式的引导，它鼓励我去深入探究问题的本质，并寻找最优的解决方案。

评分☆☆☆☆☆

这本书就像一位经验丰富的向导，引领我穿梭于计算机系统的各个层面，从最基础的逻辑门到复杂的操作系统，无不展现出其精妙的设计和运作规律。作者的笔触细腻而富有条理，他能够将那些抽象的技术概念，例如指令集架构、内存管理、I/O系统等，用清晰易懂的语言加以阐释。我特别喜欢书中对CPU内部流水线和缓存机制的讲解，它们让我理解了现代处理器是如何实现高性能的。作者并没有仅仅停留在硬件层面，他更深入地探讨了操作系统如何与硬件协同工作，例如进程的创建和销毁、内存的分配和回收，以及如何处理中断和异常。我印象深刻的是，书中对网络通信的详细介绍，它让我对数据包如何在网络中传输有了更清晰的认知。此外，作者在讨论并发编程时，对锁机制和线程安全的讲解，也让我明白了在多线程环境中如何避免潜在的错误。我常常在阅读过程中，不自觉地将书中的知识与我实际的编程经验相结合，思考如何能够写出更高效、更可靠的程序。这本书不仅仅是知识的传递，更重要的是，它培养了我对计算机系统底层运行机制的深刻理解和严谨的分析能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书如同一场穿越计算机系统心脏地带的史诗级探险，我被它那精巧的叙事和深刻的洞察深深吸引。作者并没有简单地罗列枯燥的技术细节，而是以一种极其引人入胜的方式，将那些抽象的原理具象化，让我仿佛置身于一个由二进制构筑的宏大世界。从最基础的逻辑门如何编织出复杂的计算能力，到指令集架构如何成为软件与硬件沟通的桥梁，再到内存层次结构如何巧妙地解决速度与容量之间的矛盾，每一个章节都像一块精心雕琢的拼图，最终汇聚成一幅关于计算机系统如何运作的完整画卷。尤其让我印象深刻的是，作者在解释缓存一致性协议时，将复杂的同步机制用通俗易懂的比喻阐述清楚，让我这个非硬件背景的读者也能够理解其背后的精妙之处。这种将高深理论与实际应用无缝衔接的能力，实属难得。此外，书中对性能优化的讨论也极具启发性，它让我意识到，即使是最微小的代码调整，也可能在海量计算中产生巨大的差异。我常常在阅读过程中，不自觉地将书中的知识与我日常接触的软件开发联系起来，思考如何能编写出更高效、更优化的代码。这本书不仅仅是一本技术书籍，它更像是一本思想的启迪者，让我对计算机系统有了全新的认识和更深的敬畏。它教会我不仅仅是“怎么做”，更重要的是“为什么这么做”，以及“如何做得更好”。

评分☆☆☆☆☆

这本书为我打开了一扇通往计算机系统心脏地带的大门，我在这里看到了那些隐藏在日常应用之下的宏伟工程。作者的叙述功力非凡，他能够将那些抽象的概念，例如指令集架构、存储器层次结构、I/O系统等，描绘得生动形象，仿佛一幅幅精密的工程蓝图在我眼前徐徐展开。我尤为赞叹的是，书中对于CPU内部构造的解析，包括流水线、缓存以及分支预测等技术，让我对现代处理器的强大能力有了更直观的认识。作者并没有止步于此，他更进一步探讨了这些硬件设计如何与软件协同工作，例如操作系统如何管理内存、如何调度进程，以及如何处理中断。我印象深刻的是，书中对内存一致性模型的解释，它揭示了多处理器系统中数据同步的复杂性，以及如何通过各种协议来保证数据的正确性。此外，作者对于网络通信的深入探讨，也让我对 TCP/IP 协议栈的工作原理有了更清晰的理解。我常常在阅读过程中，不自觉地将书中的知识与我实际的编程经验相结合，思考如何能够编写出更高效、更可靠的代码。这本书不仅传授了知识，更重要的是，它培养了我对计算机系统底层运作机制的深刻洞察力。

评分☆☆☆☆☆

在阅读这本书的过程中，我仿佛在与一位经验丰富的系统架构师进行一场精彩的对话，他用清晰而富有逻辑的语言，为我揭示了计算机系统复杂而又迷人的内部运作机制。作者在阐述每一个概念时，都力求做到深入浅出，即使是一些非常晦涩的技术细节，也能被他用生动形象的比喻或恰当的例子来解释清楚，让我这种非硬件出身的读者也能够轻松理解。我特别欣赏书中关于内存管理的部分，它不仅详细讲解了虚拟内存、分页、分段等技术，更重要的是，它让我理解了这些技术是如何解决有限物理内存与无限逻辑地址之间的矛盾，以及它们如何影响程序的性能。作者对于缓存一致性协议的讲解，更是让我印象深刻，他通过对MESI等协议的细致分析，揭示了多处理器系统中数据同步的挑战和精妙的解决方案。此外，书中关于I/O系统设计的讨论，也让我对磁盘调度、网络传输等有了更深入的了解。我尤其喜欢书中对系统性能瓶颈的分析方法，它教我如何像一名侦探一样，通过观察和分析，找出系统中效率低下的环节，并提出改进方案。这本书不仅仅是一本技术手册，它更像是一本思想的宝库，它鼓励我去思考“为什么”，去追寻“更好”，从而让我对计算机系统有了更深刻的理解和更广阔的视野。

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在踏入这本书的每一个章节时，我都能感受到一种深厚的知识底蕴和严谨的逻辑推理，仿佛在与一位经验丰富的导师进行一场深入的对话。作者在阐述计算机系统的设计原理时，始终保持着一种宏观的视角，能够将看似独立的技术点有机地联系起来，形成一个完整的体系。例如，在讨论操作系统如何管理进程时，我不仅了解了进程的生命周期、调度算法以及内存分配的机制，更重要的是，我理解了这些机制背后的权衡和取舍，以及它们如何共同服务于操作系统的整体性能和稳定性。作者对于并发和并行处理的深入剖析，更是让我大开眼界。我曾以为多线程编程只是简单地将任务分解，但通过这本书，我才了解到其背后复杂的同步、互斥机制，以及死锁、活锁等潜在问题的解决方案。书中的案例分析也十分精彩，它们贴合实际，能够帮助读者将理论知识应用到实际场景中，例如，对网络协议栈的剖析，让我对数据如何在网络中传输有了更清晰的认识。我尤其欣赏作者在处理性能瓶颈时的系统性分析方法，它教会我如何像侦探一样，循着线索找到系统的薄弱环节，并提出切实可行的优化方案。这本书不仅仅是知识的灌输，更是一种思维方式的培养，它鼓励我去质疑、去探索，去寻找更优的解决方案，而不是仅仅满足于表面的功能实现。

评分☆☆☆☆☆

这本书带给我的，不仅仅是对计算机系统运作原理的认知，更是一种对技术之美的深刻体悟。作者的叙事方式如同在编织一张宏大的技术图景，从最底层的逻辑门开始，一步步构建起指令集架构，再到内存层次结构，以及操作系统如何管理这一切，每一个环节都透露着设计者的匠心独运。我尤其惊叹于书中对指令集架构的解读，它让我明白，CPU如何将人类可读的指令转化为机器可执行的代码，以及不同指令集的设计哲学所带来的差异。作者对内存系统和缓存的细致分析，也让我深刻理解了“快”与“慢”之间的平衡艺术，以及如何通过多级缓存来最大化性能。我曾以为CPU与内存的交互是简单的读写，但通过本书，我才了解到缓存的失效、写策略等因素对性能有着至关重要的影响。书中关于操作系统核心功能的讲解，例如进程管理、内存分配和文件系统，更是让我对操作系统的复杂性和重要性有了全新的认识。作者在对网络协议栈的剖析中，也让我看到了数据如何在茫茫网络中高效可靠地传输。我常常在阅读过程中，不自觉地将书中的知识与我实际的开发经历联系起来，思考如何能够写出更具鲁棒性和效率的代码。这本书如同一本开启智慧的钥匙，让我对计算机系统有了更深层次的理解和更广阔的视野。

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上半部分刚读过一半，内容比较高大上，尤其是下半部分。

评分☆☆☆☆☆

mit6.033教材,讲系统设计和架构的书,不仅讲原则还用伪代码给出了实现,相当不错

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我读过的最差的专业课本！每一章节前500字在举一个不太相关的例子，后100字稍微点一下题！

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下面说什么烂的或者是难读的都是扯淡，这是我见过的最好的系统设计或者说架构入门书籍之一。 尽管这书的名字是introduction，但是它涵盖的内容已经远远的超越了现在烂大街的傻逼湾区程序员的水平。

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怀念上computer system engineering的日子