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出版者:博碩

作者:蔡明志

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:20040120

价格:NT$ 520

装帧:

isbn号码:9789575276546

丛书系列:

图书标签:

• C语言
• 编程入门
• 程序设计
• 算法
• 数据结构
• 计算机基础
• 全方位学习
• 经典教材
• 中文教材
• 学习指南

好的，这是一本关于软件开发基础和现代编程实践的图书简介，内容详实，专注于讲解一系列与C语言无关，但对任何系统级或底层软件工程师都至关重要的核心主题。 --- 《系统编程的基石：从汇编到操作系统核心》 本书旨在为有志于深入理解计算机底层运作机制的开发者提供一条清晰的路径，它不关注特定高级语言的语法细节，而是聚焦于驱动现代软件运行的原理和结构。我们将深入探讨硬件、指令集、内存管理、并发模型以及高效的数据结构设计，这些是构建高性能、高可靠性系统的必备知识。 第一部分：揭示硅片之上的真相——计算机体系结构与汇编语言 在深入任何应用级语言之前，理解处理器如何执行指令是至关重要的。本部分将彻底解构计算机的物理和逻辑结构。 第一章：数字逻辑与冯·诺依曼架构的再审视 我们将从晶体管级别的开关行为出发，构建加法器、触发器，并最终搭建出一个简化的算术逻辑单元（ALU）。随后，我们将详细分析冯·诺依曼架构的瓶颈，讨论哈佛架构的优势，并引入现代处理器如何通过流水线、超标量执行和乱序执行来克服这些限制。重点在于理解指令周期、时钟速度与实际吞吐量之间的关系。 第二章：指令集架构（ISA）的解析——RISC与CISC的哲学碰撞 本书将选择一个主流的精简指令集计算机（RISC）架构作为案例（例如基于ARM或MIPS的简化模型），进行深入的汇编语言编程实践。读者将学习到： 寄存器分配与使用： 函数调用约定（Calling Conventions），参数传递与返回值机制。 寻址模式的精妙： 直接、间接、相对寻址如何高效地访问内存。 底层的控制流： 深入理解跳转、条件码（Flags Register）以及如何用汇编实现高级语言中的循环和条件判断。 内存模型与缓存一致性基础： 探讨加载（Load）和存储（Store）指令的延迟对程序性能的影响，为后续的内存优化打下基础。 第二部分：内存的艺术与数据结构的极致优化 内存是现代计算资源中最昂贵的部分。本部分将教授如何像操作系统内核一样思考内存分配、访问和布局。 第三章：现代内存管理单元（MMU）的工作原理 我们将不再停留于“栈”和“堆”的抽象概念。本章将详细阐述虚拟内存（Virtual Memory）的机制：页表（Page Tables）的结构、地址翻译过程（TLB的作用）、缺页中断（Page Fault）的处理流程。重点内容包括： 内存保护机制： 权限位（Read/Write/Execute）如何防止程序破坏关键区域。 内存映射文件（mmap）： 如何高效地将文件I/O转化为内存访问。 堆管理器的剖析： 分析`malloc`/`free`（不使用特定语言实现，而是研究其通用算法，如`dlmalloc`或slab分配器）背后的数据结构（如空闲链表、边界标记），以及内存碎片化的成因与缓解策略。 第四章：高效数据结构的底层实现与性能分析 此部分专注于如何根据目标硬件架构来设计和实现数据结构，而非仅仅调用库函数。 树结构优化： 深入B树（B-Tree）和B+树在磁盘I/O限制下的优势，以及在主存中如何优化为平衡二叉搜索树（AVL/Red-Black Tree）的常数因子。 哈希表的进化： 比较链式、开放寻址法（线性探测、二次探测、双重哈希），并重点探讨如何使用完美哈希（Perfect Hashing）来避免冲突带来的性能损失。 位操作与数据压缩： 利用位域（Bitfields）进行数据紧凑存储，以及如何实现如变长整数编码（Variable-Length Encoding）等底层数据压缩技术。 第三部分：并行计算与操作系统核心交互 在多核时代，并发性是性能的关键。本部分将探讨如何协调多个执行流，以及如何与操作系统内核进行高效的交互。 第五章：并发模型、同步原语与竞态条件 我们将超越简单的锁概念，深入理解现代并发编程中的复杂问题。 原子操作与内存屏障（Fences）： 讲解如何使用底层CPU指令（如CAS/Compare-and-Swap）来实现无锁（Lock-Free）数据结构。详细分析x86/ARM架构下的内存屏障类型（Load/Store Barrier）及其对编译器优化和处理器重排序（Reordering）的约束。 死锁、活锁与饥饿： 识别并发程序中的经典陷阱，并学习如顺序化分析（Serialization Analysis）等形式化方法来验证并发代码的正确性。 并发数据结构的实践： 实现一个高性能的无锁队列（Lock-Free Queue）和读写锁（Reader-Writer Lock），分析其在真实多核环境下的性能表现。 第六章：系统调用、进程间通信与虚拟化基础 理解程序如何请求操作系统服务是系统编程的精髓。 系统调用的机制： 探讨用户态到内核态的上下文切换（Context Switch）开销，以及系统调用参数的传递方式。 进程间通信（IPC）的性能权衡： 比较管道（Pipes）、消息队列、共享内存（Shared Memory）的延迟与吞吐量，并重点分析共享内存模型的实现细节。 虚拟化与容器化（Hypervisor vs. Container）： 从系统调用的角度解释KVM/Xen等全虚拟化技术与LXC/Docker等容器技术在隔离级别和性能开销上的本质区别。 第四部分：高性能I/O与网络协议栈的底层视角 本部分将聚焦于如何通过高效的I/O模型来处理大量数据流，这是构建服务器和高频交易系统的基础。 第七章：高效的I/O复用技术 传统的阻塞I/O模型效率低下。我们将深入研究现代操作系统提供的I/O多路复用机制： Select, Poll, EPoll/KQueue的演进： 分析它们在处理大量并发连接（C10k问题）时的可扩展性瓶颈和技术优势。 异步I/O（AIO）的实现： 探讨基于事件通知的I/O模型，以及如何设计一个零拷贝（Zero-Copy）的数据传输流水线，最大程度减少数据在内核和用户空间之间的复制。 第八章：TCP/IP协议栈的软件实现剖析 理解网络协议不仅仅是知道三次握手和四次挥手。本章将剖析操作系统内核中网络协议栈的软件结构： Socket的内核表示： 深入理解`sock_struct`等数据结构，以及数据包在内核缓冲区中的生命周期。 拥塞控制算法： 简要介绍TCP的增长算法（如Reno, CUBIC）如何通过软件调整发送速率，以适应网络状况。 高性能网络框架： 简要介绍DPDK（Data Plane Development Kit）等用户空间网络技术的原理，以及它们如何通过绕过内核协议栈来实现超低延迟的网络I/O。 本书不提供任何特定语言的语法参考，但它提供了理解任何现代系统软件（从编译器、数据库、操作系统到高性能网络服务）设计决策背后的“为什么”的通用蓝图。完成本书的学习，读者将具备从硬件层面思考软件性能的独特视角。

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对于习惯于在线资源和视频教程的现代学习者来说，这本书的价值体现可能需要一段时间才能被充分认识。它强迫你放慢速度，进行深度的、线性的思考。不像网络上的碎片化教程，这本书的知识点是高度组织化的，每一个章节都是构建在之前内容之上的坚实地基。当我试图在网上快速搜索某个知识点的零散解释时，往往会发现理解不够深入或上下文缺失。而这本书，恰恰弥补了这种“上下文”的缺失。它构建了一个完整的知识体系地图，让你清楚地知道自己身在何处，以及下一步该走向何方。这种系统性的构建，对于建立稳固的编程思维至关重要。它不是给你鱼，而是教会你如何构建一个高效的渔场，确保你未来面对任何新的C语言挑战时，都有能力去独立攻克，而不是仅仅依赖于复制粘贴现有的解决方案。

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我尝试性地阅读了关于指针和内存管理的章节，我的天，这是我读过的对这块内容讲解得最透彻的材料，没有之一。很多教程往往只是罗列规则，但这本书却深入剖析了底层机制。作者并没有直接扔给你一堆复杂的术语，而是通过一系列精心构建的、由浅入深的例子，让你亲手“看到”内存是如何被分配、指针是如何指向特定地址的。其中关于“栈”与“堆”的对比描述，真是妙极了，它不再是两个抽象的名词，而是成为了可以想象的、有清晰边界的空间。我尤其欣赏作者引入的一种“场景模拟”的叙述方式，仿佛在讲述一个侦探故事，带领读者一步步追踪变量的生命周期和地址变化。这种叙述不仅有效加深了理解，更重要的是，它建立了一种“直觉”——一种对C语言底层工作原理的本能反应。读完这一部分，我感觉自己对野指针和内存泄漏的恐惧感大大降低了，取而代之的是一种掌控感。这种讲解深度，绝对不是新手入门读物可以比拟的，它真正触及了C语言的灵魂深处。

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我发现这本书的行文风格非常具有个人特色，读起来一点也不枯燥，反而充满了知识分子特有的幽默感和犀利。作者的遣词造句非常讲究，用词精准，很少出现那种为了凑字数而堆砌的空泛描述。在解释一些历史背景或设计哲学时，语气显得十分亲切，仿佛一位经验丰富的导师在与你促膝长谈。例如，在谈到某些早期C语言标准的设计取舍时，作者会用一种略带调侃的口吻，指出当时的权衡利弊，让人在学习技术的同时，也能领略到计算机科学发展中的人文色彩。这种“人情味”的写作方式，极大地缓解了学习技术书籍带来的压力。它成功地在保持专业严谨性的同时，避免了技术文档常见的冷硬和疏离感，使得阅读过程本身成为了一种享受和探索的乐趣。

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这本书的排版和装帧真是让人眼前一亮，拿到手里就感觉物有所值。封面设计简洁大气，黑色的底色衬托着白色的书名，给人一种沉稳专业的感觉。内页纸张的质感也非常好，厚实不透光，长时间阅读眼睛也不会感到疲劳。装订方面，可以看到是采用了锁线胶装，翻开时能够平铺在桌面上，阅读体验极佳，这一点对于学习编程这种需要对照参考的书籍来说非常重要。而且，书中的代码示例和图表的排版都非常规范，使用了清晰的等宽字体，使得代码块的结构一目了然。作者在章节的划分上也做了精心的设计，逻辑递进非常自然，从基础概念到高级技巧，每一步都有清晰的引导。特别是那些复杂的概念，配上的插图和流程图简直是神来之笔，让晦涩难懂的部分瞬间变得生动形象。这种对细节的关注，充分体现了作者对读者的尊重和对知识传播的认真态度。可以说，仅仅是翻阅这本书的物理形态，就已经让人对接下来的学习充满了期待和信心，这远超了我对一本技术书籍的预期。

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这本书在实战应用方面的考量也做得非常到位，它显然不满足于纸上谈兵。在讲解完基础语法后，作者没有马上跳到下一个知识点，而是紧接着提供了一系列具有实际工程意义的小项目和练习。比如，关于文件I/O的部分，它不仅教了`fopen`和`fprintf`，还提供了一个小型日志记录系统的框架，教你如何处理错误情况和确保数据完整性。更让我惊喜的是，对于某些经典算法的实现，作者不仅给出了标准的版本，还提供了性能优化后的版本，并用表格对比了它们在时间复杂度和实际运行时间上的差异。这种“理论-实践-对比优化”的模式，非常适合希望将知识转化为生产力的读者。它强迫你思考：“如果我要在真实项目中使用这个特性，应该如何做才能写出健壮且高效的代码？”这种前瞻性的指导，让这本书的价值远远超出了单纯的教材范畴，更像是一个资深工程师的经验宝库。

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