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出版者:O'Reilly Media

作者:Roberto Ierusalimschy

出品人:

页数:304

译者:

出版时间:2001-1

价格:$ 39.54

装帧:Paperback

isbn号码:9780596101114

丛书系列:

图书标签:

• Lua
• 编程
• 脚本语言
• 游戏开发
• 嵌入式
• 第五版
• 编程入门
• 技术
• 计算机
• 书籍

《深入理解计算机系统》：构建高效软件的基石 本书简介 在当今快速发展的软件行业中，仅仅掌握一门或几门编程语言已远远不够。真正的软件构建者需要深刻理解程序在计算机系统中的运行机制，从硬件架构到操作系统，再到编译和链接过程。本书——《深入理解计算机系统》（通常简称 CS:APP）——正是这样一本旨在为读者搭建起连接抽象软件世界与底层硬件现实的桥梁的权威著作。它不仅仅是一本理论教材，更是一份详尽的实践指南，引导读者探索程序在真实机器上的生命周期和性能瓶颈的根源。 本书的核心目标是帮助读者建立起一个完整的、自底向上的计算机系统视图。我们相信，只有深入理解数据如何在内存中组织、指令如何在处理器中执行、程序如何与操作系统交互、以及网络通信如何影响应用性能，才能真正写出高效、健壮且可维护的软件。 --- 第一部分：基础架构与数据表示 本书的开篇聚焦于计算机系统的基础构建模块，为后续的深入探讨打下坚实的基础。 1. 信息的表示与处理 本章详细介绍了信息如何在计算机内部被编码和操作。我们从二进制表示入手，探讨了位（bit）、字节（byte）和十六进制（hexadecimal）的相互关系，这是理解所有底层操作的起点。 随后，我们将重点放在整数的表示上。不同于我们日常使用的十进制，计算机使用补码来表示有符号整数。读者将学习如何理解补码的数学原理，以及如何在加法、减法、乘法和除法等基本运算中，理解溢出（overflow）和截断（truncation）带来的实际影响。理解这些细节对于避免低级错误至关重要。 紧接着，本书深入浮点数的表示。我们遵循 IEEE 754 标准，详细解释了单精度（float）和双精度（double）浮点数的结构——符号位、指数位、尾数位。通过大量的实例，读者将掌握浮点数运算的非精确性、特殊值（如无穷大、NaN）的处理，以及为什么在精确计算中应尽量避免使用浮点数。 最后，我们将讨论位级运算。这不仅包括逻辑运算（AND, OR, XOR, NOT），还包括对位域（bit fields）的灵活操作，这在硬件控制和数据压缩中是不可或缺的技能。 2. 机器级代码：汇编语言与程序编译 要理解程序如何运行，就必须理解它们最终被翻译成的语言——机器代码。本章将读者的视角从高级语言（如 C 语言）拉回到机器指令集层面。 我们首先介绍了ISA（指令集架构）的概念，并以 x86-64（一种主流的 64 位架构）为例进行深入剖析。读者将学习如何阅读和理解AT&T 风格的汇编代码，识别关键的寄存器（如通用寄存器、栈指针 `%rsp`、基址指针 `%rbp`）的用途。 重点内容包括： 数据传送指令：如何在寄存器、内存和立即数之间移动数据。 算术和逻辑操作指令：这些指令如何映射到高级语言的运算符。 控制流指令：包括条件跳转（`jmp`）、比较（`cmp`）和条件选择（`set`）指令，它们如何构建 `if-then-else` 结构和循环。 更重要的是，本书详细阐述了过程（函数）调用的机制。读者将学习栈帧的结构，参数如何传递，局部变量如何分配，以及返回地址如何被维护。理解调用约定（calling conventions）是调试复杂程序和进行性能优化的关键。 3. 处理器体系结构 本章将时间线推进到指令的实际执行层面，探讨现代高性能处理器的核心组件。 程序的运行时：我们追溯一个 C 程序从源代码到可执行文件的完整旅程，包括预处理、编译、汇编和链接过程。特别是静态链接和动态链接的区别和工作原理，它们如何影响程序的加载和内存布局。 数据在存储器中的组织：探讨内存层次结构（Memory Hierarchy）。我们从寄存器到 L1/L2/L3 缓存，再到主存（DRAM），分析每级存储的容量、速度和成本特性。 缓存的工作原理：这是理解程序性能的重中之重。我们将深入讲解SRAM 缓存的结构：行（line）、组（set）、索引（index）和标记（tag）。详细分析直接映射、组相联和全相联缓存的工作机制，以及命中（hit）与未命中（miss）的代价。通过实例展示如何通过改善程序空间局部性和时间局部性来优化缓存性能。 指令级并行（ILP）：现代处理器如何通过流水线（pipelining）技术同时处理多条指令。讨论乱序执行、分支预测（branch prediction）和推测执行等高级技术，以及它们如何提高吞吐量。 --- 第二部分：程序在系统中的交互 在理解了程序如何被编译和执行后，我们将关注程序如何与操作系统内核及外部资源进行交互。 4. 链接与加载 本章细化了程序执行前的准备工作。我们区分了静态链接器（如 `ld`）和动态链接器/加载器的作用。读者将学会分析可执行文件（如 ELF 格式）的结构，理解代码段（`.text`）、数据段（`.data`, `.bss`）的布局。 动态链接是现代软件的关键特性。我们将详细解释共享对象（.so 文件）的概念，以及动态链接器如何在运行时解析函数符号、重定位代码，以及如何通过GOT（Global Offset Table）和PLT（Procedure Linkage Table）实现高效且灵活的间接跳转。 5. 异常控制流：中断、陷阱与进程 程序的控制流不再仅仅由代码的顺序决定。本章探讨了异常控制流（Exceptional Control Flow）——即程序执行流程如何被外部事件打断并重定向。 中断（Interrupts）：由 I/O 设备（如磁盘或网络）触发的硬件事件。 陷阱（Traps）：由程序执行期间发生的事件（如系统调用或除以零错误）触发的软件事件。 我们将详细介绍上下文切换（Context Switching）的机制，这是多任务操作系统的基础。随后，我们将引入进程（Process）的概念，理解进程如何被创建、终止，以及它们之间的隔离性。我们还会探讨进程如何被分配虚拟内存，以及用户程序如何通过系统调用安全地请求内核服务。 6. 虚拟内存 虚拟内存是现代操作系统对程序提供的最关键抽象之一。它解决了物理内存的限制，并为每个进程提供了私有、统一的地址空间。 本章深入讲解： 地址翻译：虚拟地址如何通过页表（Page Table）机制，最终映射到物理内存地址。我们分析多级页表的结构和地址翻译的硬件加速器——TLB（Translation Lookaside Buffer）的作用。 内存管理单元 (MMU)：硬件如何高效地执行地址翻译。 页面错误（Page Faults）：当程序访问的虚拟页不在物理内存中时，会发生什么？读者将理解内核如何处理页面错误，将数据从磁盘调入内存的过程。 共享内存与内存映射文件：理解 `mmap` 系统调用的强大功能，以及它是如何实现进程间高效通信和文件 I/O 优化的。 --- 第三部分：并发与系统交互 本部分关注如何编写能够同时执行多个任务的程序，以及程序如何与外部世界通信。 7. 线程：并发编程 并发是提升程序性能和响应能力的关键。本章聚焦于线程（Threads）——在单个进程地址空间内共享资源的并行执行单元。 我们将讨论并发（Concurrency）与并行（Parallelism）的区别，并专注于 Pthreads 库进行线程创建、管理和同步。重点分析并发编程中的挑战： 竞争条件（Race Conditions）：多个线程并发访问共享数据导致的不可预测结果。 互斥锁（Mutexes）：如何使用锁机制保护临界区（Critical Sections）。 信号量（Semaphores）：更通用的同步机制，用于资源计数和更复杂的同步模式。 死锁（Deadlock）：预防和检测死锁的策略。 8. I/O、网络与并发 本章将并发的概念扩展到系统级的 I/O 操作，特别是网络通信。 I/O 基础：理解文件描述符、打开/关闭文件，以及阻塞/非阻塞 I/O 的区别。 并发 I/O 模型：探讨如何使用多线程、多进程或事件驱动（如 `select`/`poll`/`epoll`）模型来高效地处理大量并发连接，避免 I/O 成为性能瓶颈。 网络编程：我们将 C 语言中的 Socket 编程接口作为主要工具，详细讲解 TCP/IP 协议栈的基础概念（套接字、端口、地址结构），以及如何构建可靠的客户端-服务器应用程序。读者将理解网络数据流的字节序问题以及如何进行可靠的数据传输。 --- 结语 《深入理解计算机系统》的目的不是让每一位读者都成为汇编大师或内核开发者，而是赋予他们一种系统级的思维模式。掌握这些知识，您将能更有效地使用任何高级语言，能够准确地预测代码的性能瓶颈，能够自信地调试内存错误，并最终能够设计出既强大又高效的软件系统。本书是一张通往底层真相的地图，是软件工程师职业生涯中不可或缺的系统级知识储备。

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这本书的封面设计就透露着一股沉静而专业的味道，暗蓝色的背景搭配简洁的Lua logo，让人一眼就能感受到这是一本关于编程的深度之作。拿到手后，纸张的质感也相当不错，印刷清晰，排版疏朗，阅读起来不会感到压迫感，这是我个人非常看重的一点。我之所以会选择它，是因为近年来Lua语言在游戏开发、嵌入式系统以及Web后端等领域都有着不小的影响力，而我正想深入了解这门语言的精髓，以便在我的项目中能够更灵活地运用它。我尤其关注那些能够帮助我理解Lua底层机制、优化代码性能以及掌握高级特性的内容，希望这本书能够成为我学习路上的有力助手。我希望它不仅仅是语法手册，更能提供实用的技巧和案例，让我能够快速上手并解决实际问题。

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拿到这本书的时候，我第一眼就被它朴实却不失力量感的封面设计所吸引。封面的颜色搭配和字体选择都透着一股沉稳的技术气息，这让我立刻联想到这是一本值得认真研读的专业书籍。我选择这本书，主要是基于对Lua语言日益增长的兴趣。近年来，Lua在游戏脚本、嵌入式开发以及作为胶水语言的应用越来越广泛，我也希望能够跟上这个趋势，深入了解它的精髓。我特别期待书中能提供清晰的讲解，帮助我理解Lua独特的语法和数据结构，例如它的表（table）是如何工作的，以及它强大的元编程能力（metaprogramming）。我希望这本书能够带我从入门到进阶，甚至触及一些更高级的应用技巧，为我在实际项目中解决复杂问题提供理论支持和实践指导。

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这本书的装帧设计透露出一种低调而务实的气息，封面上的文字和图案都很有质感，拿在手里分量十足，这让我对接下来的阅读体验充满了信心。我选择这本书，是因为Lua语言在我的开发领域中扮演着越来越重要的角色，尤其是在游戏引擎的脚本编写以及一些高性能计算的场景下，Lua的优势十分明显。我渴望能够通过这本书，不仅掌握Lua的语法和常用函数，更能深入理解其核心概念，比如它的闭包（closure）、元表（metatable）以及协程（coroutine）等高级特性。我希望这本书能够提供清晰的逻辑结构和详实的讲解，让我能够从根本上理解Lua的设计哲学，并学会如何写出高效、优雅的Lua代码，从而在实际项目中解决更复杂的问题，提升我的开发效率和项目质量。

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这本书的质感非常好，拿在手里沉甸甸的，封面设计也很简洁大气，给人一种专业可靠的感觉。我之所以会选择购买这本书，主要是因为Lua语言近年来在各种领域都展现出了强大的生命力，尤其是在游戏开发和一些需要轻量级脚本的场景下，它更是备受青睐。我一直想找一本能够系统地、深入地讲解Lua的书籍，帮助我彻底理解这门语言的方方面面。我希望这本书能够不仅仅局限于讲解基础语法，更能涵盖一些Lua的内部机制，比如它的垃圾回收、协程（coroutine）的工作原理，以及如何进行性能优化。同时，我也期待书中能提供一些贴近实际应用的案例分析，让我能够更好地将所学知识应用到我的开发工作中，提升我的编程技能。

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这本书的包装相当有质感，拿到手上感觉很扎实，不是那种轻飘飘的印刷品。封面设计虽然不算华丽，但那种低调的专业感扑面而来，让我对接下来的阅读内容充满了期待。我一直对Lua这门语言在一些特定场景下的高效表现感到好奇，比如它在很多游戏引擎中扮演着重要的角色，还有在嵌入式设备上的应用也越来越广泛。我希望能通过这本书，不仅仅是学习到Lua的基本语法，更重要的是理解它的一些独特的设计理念，比如它的简洁性、灵活性以及强大的元表机制。我期待书中能够包含一些深入剖析Lua工作原理的章节，让我能从根本上掌握这门语言，而不是停留在表面。当然，一些实用的编程范例和最佳实践也是我非常看重的，这样能帮助我更快地将所学应用到实际项目中。

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