具体描述
This book constitutes the refereed proceedings of the 20th International Conference on Concurrency Theory, CONCUR 2009, held in Bologna, Italy, September 1-4, 2009. The 37 revised full papers presented together with four invited papers were carefully reviewed and selected from 129 submissions. The topics include model checking, process calculi, minimization and equivalence checking, types, semantics, probability, bisimulation and simulation, real time, and formal languages.
深入理解并行性：现代计算的基石 本书主题： 聚焦于现代计算领域中至关重要的并发性（Concurrency）理论，特别是面向多核处理器、分布式系统以及高性能计算环境下的程序设计和分析方法。 内容概述： 本书旨在为读者提供一个全面、深入且结构严谨的并发理论框架。我们不再将并发视为一种简单的编程技巧，而是将其提升到数学和形式化验证的高度，探究其内在的逻辑结构、潜在的陷阱以及实现高效能的根本原则。全书内容紧密围绕“如何正确、安全、高效地组织相互作用的计算过程”这一核心命题展开。 第一部分：并发性的基础与模型（Foundations and Models of Concurrency） 本部分奠定了理解复杂并发系统的理论基础。我们首先从基础的计算模型出发，回顾传统的图灵机模型在处理并发问题时的局限性，并引入更适合描述并发行为的抽象机器模型。 1. 反应式系统与进程代数： 详细探讨了反应式系统（Reactive Systems）的定义，强调系统如何持续地对外部环境做出响应。在此基础上，引入了著名的进程代数（Process Algebras），如CCS（Calculus of Communicating Systems）和 CSP（Communicating Sequential Processes）。我们不仅介绍其语法和语义，更重要的是深入分析如何使用这些代数工具来精确描述进程间的通信、同步和竞争条件。重点分析了“死锁”（Deadlock）和“活锁”（Livelock）的代数特征化方法。 2. 动作系统与结构化并发： 介绍并分析了基于动作系统（Action Systems）的并发建模，特别是事件驱动模型。此部分深入探讨了结构化并发的必要性，即如何通过清晰的构造来避免不可预测的并发行为。内容涵盖了隔离性（Isolation）和原子性（Atomicity）在低级操作层面的形式化定义。 3. 顺序性与线性化（Linearization）： 顺序一致性是并发系统设计中最常引用的黄金标准。本书将详尽分析线性化（Linearizability）的概念，即如何将一个并发操作序列映射到某个顺序执行的序列上。我们将通过实例（如经典的列表、栈和队列的并发实现）来展示违反线性化的常见模式，并提供形式化验证线性化点的技术。 第二部分：同步、通信与资源管理（Synchronization, Communication, and Resource Management） 本部分聚焦于实现并发控制的具体机制，并探究其性能代价与正确性保证。 4. 互斥与同步原语的深入剖析： 传统上使用锁（Locks）来实现互斥是并发编程的基石。本书超越了简单的`Mutex`和`Semaphore`的API描述，深入到这些原语的底层实现原理——包括硬件原子操作（如CAS、Fetch-and-Add）。我们将分析基于硬件原语构建高效同步机制的挑战，并对比排队锁（Q-Locks）、反向计数信号量（MCS Locks）等高级锁机制在性能和公平性上的权衡。 5. 无锁（Lock-Free）和无等待（Wait-Free）数据结构： 这是高性能并发的核心领域。详细阐述了如何利用比较并交换（CAS）循环来构建健壮的无锁数据结构，如无锁栈、队列和跳表。本书将严格分析实现无锁算法所需的“什么是合法状态转换”的条件，并解释ABA问题的成因及解决策略。对于更高级的需求，会介绍无等待算法的设计范式，以及其在实现上的巨大难度和严格的性能保证。 6. 内存模型与内存屏障（Memory Models and Barriers）： 现代处理器和编译器为了优化性能，会重排指令，这在并发环境中会导致严重错误。本部分的核心是理解程序顺序一致性模型（Sequential Consistency）与弱排序模型（Weak Ordering Models）之间的鸿沟。我们将深入讲解特定架构下的内存模型（如x86和ARM的内存模型），并精确定义内存屏障（Memory Fences/Barriers）的语义，解释在不同场景下（如缓存一致性协议）何时必须插入特定类型的屏障来强制可见性。 第三部分：分布式并发与容错（Distributed Concurrency and Fault Tolerance） 将并发理论扩展到跨多台机器的环境，处理网络延迟、节点故障等更严峻的挑战。 7. 分布式一致性协议： 探讨了在去中心化系统中达成状态一致性的复杂性。核心内容集中于Paxos和Raft协议的机制、安全性（Safety）和活性（Liveness）保证。我们将详细拆解它们的领导者选举、日志复制和法定人数（Quorum）的数学依据。 8. 事务处理与隔离性级别： 重新审视数据库理论中的ACID特性，并将其置于现代高并发系统的背景下。详述SQL标准定义的各种隔离级别（如Read Committed, Snapshot Isolation），并解释它们如何通过多版本并发控制（MVCC）或两阶段锁定（2PL）来实现。特别关注快照隔离（Snapshot Isolation）在避免写冲突（Write Skew）方面的理论局限性。 9. 并发的可验证性与调试： 强调了在复杂系统中，如何通过工具和方法来验证并发程序的正确性。内容包括模型检验（Model Checking）在有限状态并发系统中的应用，以及动态分析工具（如Thread Sanitizer）如何帮助捕获竞态条件。讨论了如何设计具有可重现性的并发Bug报告。 结论： 本书的最终目标是使读者能够清晰地区分“并发”与“并行”，理解并发性带来的固有复杂性，并掌握形式化和实用的工具集，从而能够设计、实现和验证下一代高性能、高可靠性的计算系统。本书要求读者具备扎实的离散数学和操作系统基础。
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