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出版者:

作者:吴超英

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页数:0

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价格:43.00元

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isbn号码:9787040251050

丛书系列:

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• 计算机动画
• 动画设计
• 动画制作
• CG动画
• 数字艺术
• 影视特效
• 三维动画
• 动画原理
• 建模
• 渲染

编程之道：从零构建高效能系统的底层逻辑与实践 内容提要 本书深入剖析现代软件系统构建的基石——底层逻辑、数据结构、算法设计与系统级优化。它并非侧重于某一特定应用领域（如图形学、用户界面设计或特定软件的安装部署），而是聚焦于软件工程的核心能力，旨在培养读者构建健壮、高效、可扩展系统的思维框架。全书以一种自底向上的方式组织，从最基础的计算模型讲起，逐步深入到内存管理、并发控制、网络通信协议的实现细节，最终探讨高性能计算环境下的优化策略。 第一部分：计算基石与抽象的艺术 本部分将带领读者重温计算机科学的根基，理解现代硬件是如何执行指令的，以及这些底层机制如何影响上层软件的性能和行为。 第一章：超越语言的思维：计算模型与图灵机 本章首先回顾冯·诺依曼结构及其对现代编程范式的深远影响。我们详细分析了有限状态机（FSM）和寄存器虚拟机（RVM）的设计原理。重点不在于展示如何使用现成的编程语言特性，而是探讨如何设计一种新的、更高效的计算模型，以解决特定领域（例如大规模并行数据处理）的瓶颈。讨论将涉及lambda演算在函数式编程中的基础地位，以及它如何作为一种更纯粹的计算表达方式，与指令集架构（ISA）进行映射。 第二章：结构化数据的力量：高级数据结构的设计与剖析 本章彻底摒弃对标准库中“现成”数据结构的简单介绍。相反，我们专注于在极端约束条件下（如极度受限的内存空间、极高的访问频率）如何重新设计和实现核心数据结构。我们将深入探讨B树家族（B+树、B树）在磁盘I/O优化中的作用，分析跳跃表（Skip List）在并发环境下的潜力与局限。关键内容包括：如何根据缓存行大小优化数组布局以最大化空间局部性；如何实现自平衡的红黑树或AVL树，并对比它们在插入与查找操作中对CPU流水线的影响。此外，还会引入少量关于外部存储数据结构，如 LSM-Tree（Log-Structured Merge-Tree）在NoSQL数据库中的核心地位。 第二章附录：内存层级与缓存一致性 专门一节用于剖析现代CPU的L1、L2、L3缓存的工作原理，包括直接映射、组相联、全相联的原理。我们详细分析了“缓存未命中”的成本，并指导读者如何通过代码重构（如数据导向设计，DOD）来最小化伪共享（False Sharing）现象，这是编写高性能并发代码的关键前提。 第二部分：并行性与系统级编程 本部分将核心转向如何有效地利用多核处理器和分布式环境。这部分内容远超简单的线程创建与同步，聚焦于如何设计资源竞争最小化的并行算法。 第三章：时序的艺术：同步原语的底层实现与性能权衡 本章不介绍操作系统API提供的Mutex或Semaphore，而是探讨这些同步机制是如何被实现的。我们将分析硬件提供的原子操作（如CAS——Compare-and-Swap）如何构建无锁（Lock-Free）或无等待（Wait-Free）数据结构。详细研究如MCS锁、Rendezvous锁等高级同步机制的内部逻辑。读者将学习如何诊断和避免死锁、活锁及饥饿问题，重点分析在NUMA（非统一内存访问）架构下，跨越内存域的同步操作带来的性能惩罚。 第四章：超越进程：协程、Fiber与纤程模型的架构 本章探讨用户态线程（User-Space Threading）模型，如Go语言的Goroutine或Rust的`async/await`机制背后的核心思想——协作式多任务处理。我们将实现一个简单的用户级调度器，对比其与内核级线程调度的优劣。重点分析“M:N调度”模型，并深入研究栈的分配、上下文切换的成本分析，以及如何通过非阻塞I/O模型（如epoll/kqueue）来支撑高并发的网络服务。 第五章：网络协议栈的精妙：从Socket到应用层优化 本章将网络通信视为一个多层级的系统工程问题。我们不满足于`send()`和`recv()`的调用，而是深入到TCP/IP协议栈的实现层面。详细分析TCP的拥塞控制算法（如Reno, CUBIC）如何影响吞吐量和延迟。在内核旁路（Kernel Bypass）方面，我们将讨论DPDK等技术的基本原理，以及如何通过用户态网络栈来绕过昂贵地系统调用，实现纳秒级的包处理。本章还涵盖了QUIC协议的设计理念，及其在TCP之上带来的延迟优化。 第三部分：韧性与可靠性：系统设计的高级考量 本部分关注于软件系统在面对故障和大规模负载时的表现，强调设计能够自我修复、易于维护的架构。 第六章：状态机的回归：一致性、日志与持久化 本章的核心是探讨如何在分布式系统中维护数据的一致性。我们将详细解析Raft或Paxos算法的完整流程，重点分析其Leader选举、日志复制和安全性证明。此外，我们将研究持久化存储的原理，如Write-Ahead Logging (WAL) 的结构、Checkpointing 的策略，以及如何设计一个能够快速恢复的事务日志系统，确保数据在非预期断电情况下的完整性。 第七章：故障注入与混沌工程的思维 构建健壮的系统，必须主动拥抱失败。本章介绍故障注入（Fault Injection）作为一种系统测试方法。我们将构建一个框架，用于模拟网络分区、高延迟、CPU饱和等场景，并观察应用如何响应。讨论的重点是如何设计“健康检查”机制，区分是应用层面的逻辑错误还是底层基础设施的暂时性故障，并实现优雅的降级策略（Circuit Breaker, Bulkhead）。 第八章：系统性能的度量与调优：瓶颈定位的科学 本章是实战性的性能工程指南。我们教授如何使用火焰图（Flame Graphs）、性能剖析工具（如perf、VTune）来识别热点代码路径和资源争抢点。内容包括：如何通过跟踪系统调用栈、分析上下文切换次数来定位I/O瓶颈；如何利用硬件性能计数器来量化缓存命中率和分支预测的准确性；以及如何设计合理的负载模型来模拟真实世界的压力。本书强调，调优永远是基于量化数据而非直觉的工程活动。 结语 本书的最终目标是使读者超越对特定框架和库的依赖，真正理解驱动这些工具背后的计算原理。掌握这些底层逻辑，是构建下一代高性能、高可靠性软件系统的关键能力。

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我最近一直在努力尝试将理论知识转化为实际操作能力，特别是对于那些复杂的渲染流程和节点设置，总感觉隔着一层纱。这本书在解析流程方面的深度和广度，真的让我大开眼界。它不是简单地罗列软件菜单的操作步骤，而是深入剖析了背后的底层逻辑，比如，它是如何解释光线追踪的迭代过程，以及不同GI算法在性能和视觉真实感之间的权衡取舍。我特别喜欢其中关于“材质参数的微调”那一章节，作者没有给出“放之四海而皆准”的标准值，而是通过一系列对比实验，展示了微小的参数变动如何对最终输出效果产生质的飞跃，例如，如何通过调整次表面散射的颜色衰减曲线，来完美模拟出蜡质的通透感。这种手把手的、带着“为什么这么做”的引导方式，极大地提升了我独立解决问题的能力。读完之后，再去看那些晦涩难懂的官方文档，思路一下子就清晰多了，不再是盲目地试错，而是带着明确的目的去探索，效率提升了不止一个档次。

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这本书的装帧设计相当吸引人，封面那富有肌理感的纹理和大胆的色彩搭配，一下子就抓住了我的眼球。翻开内页，排版设计同样令人眼前一亮，那种留白恰到好处，阅读起来非常舒适。我尤其欣赏作者在章节过渡和案例展示部分所采用的视觉语言，它不仅仅是信息的载体，更像是一场精心编排的视觉盛宴。比如，在讲解某个复杂的数学原理时，作者没有堆砌枯燥的公式，而是巧妙地运用了流线型的图示和动态的箭头引导，仿佛让那些抽象的概念活了过来，直接在脑海中构建起三维的空间感。这对于我这种更偏向视觉学习的人来说，简直是福音。而且，书中的插图清晰度极高，即便是放大观察细节，那些微妙的光影变化和材质渲染效果也纤毫毕现，这无疑体现了出版社在印刷质量上的高标准。整体感觉，这本书在“美学体验”这一环，远远超出了我的预期，拿在手里细细品味，都是一种享受，绝对是值得收藏的一本艺术品级别的工具书。

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作为一名对叙事和镜头语言感兴趣的从业者，我常常在思考，技术如何更好地服务于情感的表达。这本书在这方面的探讨，可以说是独辟蹊径。它没有将技术工具视为终点，而是将其视为增强叙事张力的手段。我印象最深的是关于“虚拟摄影机运动设计”的讨论，作者不仅分析了经典电影中的运镜手法，更将其转化成可执行的动画曲线和关键帧设置思路。比如，如何通过非线性的加速和减速曲线，来模拟人类视觉的注视点转移，从而在潜意识层面引导观众的情绪走向。更精妙的是，书中还穿插了一些关于时间感营造的案例，如何通过帧率的微小变化或运动模糊的精确控制，来暗示角色内心的焦虑或平静。这种将艺术感知与技术参数进行深度绑定的讲解方式，让我对“如何用动画讲故事”有了全新的理解，不再局限于表面的酷炫效果，而是开始关注每一个运动背后的心理动因。

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这本书的语言风格可以说是非常“克制而专业”，完全没有那种浮夸的宣传腔调，每一句话都像是经过深思熟虑的专业论述。我最欣赏的是它在处理“新兴技术趋势”时的严谨态度。比如，在谈及实时渲染和光线追踪结合的未来时，作者没有急于断言哪种技术会胜出，而是冷静地分析了各自在延迟、内存占用和硬件兼容性方面的现状和瓶颈。它不是一本追逐热点的书，而是一本着眼于“不变原理”的书。即便软件界面未来发生翻天覆地的变化，书中阐述的光照物理、空间透视以及时间轴控制的基本规律，依然是核心。这种沉稳的叙事基调，让我感觉自己是在与一位经验丰富的前辈对话，他提供的不是一时的捷径，而是可以穿越时间考验的智慧。这对于需要长期职业规划的我们来说，价值无可估量。

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老实说，我接触过不少号称“全面”的技术书籍，但大多在某一领域就浅尝辄止了。然而，这本让我感受到了作者在知识体系构建上的宏大视野。它似乎涵盖了从基础的几何建模到高级的动力学解算，再到后期的合成调色等一系列环节，而且每部分都有其独特的深度。我特别想提到的是关于粒子系统和流体模拟那一块的阐述。很多书对流体解算往往只是做表面介绍，但这本书却细致地梳理了拉格朗日法和欧拉法的优劣，并给出了在不同场景下选择何种求解器的实用建议。我曾经被一个复杂的布料撕裂效果困扰了很久，尝试了无数种参数组合都无法达到理想的层次感，读了书中对有限元分析的简要说明后，我立刻明白了问题出在哪里——我对形变约束的理解还停留在非常初级的阶段。这种知识的层层递进和相互印证，构建了一个非常扎实且不易动摇的知识框架。

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